富氮炭氣凝膠的制備及其性能的研究.pdf

1、近年來(lái)，電容去離子脫鹽技術(shù)（CDI，電吸附脫鹽）作為一種綠色的淡化脫鹽技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，是外加電壓產(chǎn)生庫(kù)侖力將溶液中的離子吸附以雙電層形式儲(chǔ)存起來(lái)。與蒸餾法、離子交換、電滲析、反滲透等傳統(tǒng)的淡化方法相比，電吸附脫鹽技術(shù)具有低成本，使用壽命長(zhǎng)，易再生，節(jié)約能源，和無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。因此，電吸附技術(shù)在苦咸水脫鹽方面具有應(yīng)用前景。電吸附脫鹽效果與電極材料性能有很大的關(guān)系。
　　3D的石墨烯基復(fù)合材料即保持了有2D石墨烯的機(jī)械性能，電化學(xué)性能

2、，又具有了3D材料的高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。但是由于炭材料是惰性表面，不溶于一般溶劑，因此對(duì)石墨烯基復(fù)合材料改性以及摻雜雜原子(N，O，S，B，P)等諸多手段的研究越來(lái)越廣泛，以期其能夠在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)揮更廣泛作用。
　　本實(shí)驗(yàn)采用溶膠凝膠法，以氧化石墨烯(GO)，間苯二酚(R)，三聚氰胺(M)，甲醛(F)為原料，碳酸鈉(C)為催化劑，經(jīng)過(guò)常壓干燥，700℃炭化得到富氮炭氣凝膠材料。實(shí)驗(yàn)選擇以三聚氰胺(M)在復(fù)合材料中含量的變化，獲

3、得不同氮含量的復(fù)合炭材料。結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)高溫炭化，可以達(dá)到N原子取代C原子，引入缺陷的效果;復(fù)合材料中含氮量會(huì)隨著熱解溫度升高而降低;MF結(jié)構(gòu)在高溫炭化中會(huì)塌陷，故而M/R的提高，復(fù)合材料的比表面積減小。將GO-MRF-x用作電極材料，GO-MRF-0.8具有較高的比電容(222 F g-1)和較小的等效串聯(lián)電阻(ESR)以及界面轉(zhuǎn)移阻力;在恒流(25 mA)條件下電吸附脫鹽時(shí)，單位吸附量可達(dá)16.72 mg g-1;不同價(jià)態(tài)離子的電吸

4、附的研究表明，對(duì)Na+和PO43-具有選擇性吸附;多離子的競(jìng)爭(zhēng)性吸附研究表明，對(duì)Mg2+和PO43-具有優(yōu)先吸附的作用。
　　鑒于上述實(shí)驗(yàn)得到的摻氮炭材料比表面積較小，以KOH作為活化劑，設(shè)定溫度為800℃，mKOH∶mc為3∶1，以固含量為變量，經(jīng)過(guò)活化得到的A-N-GRF-1材料比表面積達(dá)1199 m2 g-1，具有317 F g-1的比電容，較小的離子擴(kuò)散轉(zhuǎn)移電阻，2000次循環(huán)后比容量仍可達(dá)到原來(lái)的93.03％，說(shuō)明電極材