基于靜電紡絲技術制備ZnO-碳復合納米纖維及電容去離子研究.pdf

1、淡水是人類及一切生物賴以生存的必不可少的重要物質，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境改善不可替代的極為寶貴的自然資源。淡水資源短缺是目前正面臨的全球問題。海水或者苦咸水淡化對解決這一重大問題來說具有重要意義。因此開發(fā)高效的脫鹽淡化技術至關重要。電容器脫鹽，又稱電容去離子（CDI）是一種新型的電化學水處理技術。與現(xiàn)有的反滲透和電滲析等膜技術相比，CDI技術操作成本低，無二次污染，是目前比較受廣大研究者關注的一種新型除鹽技術。電極材料是制約 CD

2、I技術發(fā)展的關鍵。碳納米纖維是一種出色的電極材料。靜電紡絲技術是一種非常簡單的制備纖維材料的方法。聚丙烯腈（PAN）具有良好的可紡性和相對較高的碳產(chǎn)量，而且經(jīng)過預氧化、碳化后可以直接獲得碳納米纖維（CNF），被廣泛選擇用于制造CNF的前驅體。然而，以純PAN作前驅體靜電紡絲制備的碳納米纖維電極結構性能不佳，離子吸附能力較差。
　　本文選用氯化鋅（ZnCl2）、醋酸鋅（Zn(Ac)2）為添加劑，通過靜電紡絲技術制備納米纖維，在后續(xù)預

3、氧化、碳化處理過程中添加劑分解為ZnO負載在纖維內(nèi)部，得到ZnO分布均勻的 ZnO-碳復合納米纖維，并作為電極用于電容脫鹽。利用能量色散譜、X射線光電子能譜、透射電鏡、拉曼光譜、熱重分析、場發(fā)射掃描電鏡、接觸角測量儀和電化學技術研究了不同添加劑對纖維元素成分、結構性能的影響以及不同配比對電容脫鹽的影響。主要研究成果如下：
　　通過在紡絲前驅液中加入添加劑ZnCl2靜電紡制備ZnCl2/PAN復合納米纖維原絲，由于 ZnCl2在熱處

4、理過程中高溫分解，經(jīng)預氧化、碳化和水洗，得到 ZnO-CNF(ZnCl2)復合納米纖維。研究表明其親水性增加，石墨化程度提高，ZnO分布均勻。以ZnO-CNF(ZnCl2)為電極材料組裝電容器，脫鹽量大大提高，且脫鹽量與 ZnO含量成正比關系，ZnO含量越高，其脫鹽效果越好。當ZnCl2添加比例為2 wt％時，EDS測得ZnO-CNF(ZnCl2)中負載的ZnO含量最高，其對應的脫鹽量較大，最大脫鹽量為8.35 mg/g，電流效率為69

5、.89%。
　　通過在紡絲前驅液中加入添加劑 Zn(Ac)2靜電紡制備Zn(Ac)2/PAN復合納米纖維原絲，所得纖維均勻性更好，經(jīng)預氧化、碳化和水洗，得到ZnO分布均勻的ZnO-CNF(Zn(Ac)2)復合納米纖維。SEM及TEM表征表明纖維表面ZnO分布均勻。以ZnO-CNF(Zn(Ac)2)為電極材料組裝電容器用電容脫鹽，脫鹽量與ZnO含量成正比關系， ZnO含量越高，其脫鹽效果越好。當Zn(Ac)2添加比例為3 wt%時，