多孔炭-離子交換膜復(fù)合電極及其性能研究.pdf

1、目前，水資源短缺成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素，各種水處理技術(shù)不斷出現(xiàn)。其中，電容去離子(CDI)技術(shù)是在水流通道的兩邊加以相對放置的多孔電極，充電使電極之間產(chǎn)生電壓降，鹽水中的正負(fù)離子在電場的作用下定向運(yùn)動到多孔電極，離子將存儲在炭材料的孔隙里并形成雙電層(EDLs)。而膜電容去離子(MCDI)電池和傳統(tǒng)CDI電池具有相似的配置，但需要在水流通道兩邊覆加陰陽離子交換膜。然后，脫附步驟采用電極短路，或著電壓反接的方式實(shí)現(xiàn)高效電極再生。<

2、br>　　本論文以三維多孔炭材料與陰陽離子交換膜材料的改性制備與成膜技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了炭材料的大比表面積、微孔徑分布和膜材料的低電阻、高效離子選擇透過性，研究了碳膜復(fù)合電極微觀結(jié)構(gòu)與吸脫附機(jī)理與雙電層電容、贗電容的關(guān)系，討論復(fù)合電極的電化學(xué)性能和復(fù)合電極的吸附動力學(xué)行為，并設(shè)計(jì)出可實(shí)用的膜電容去離子裝置。具體內(nèi)容以氮摻雜層積石墨烯為新型炭材料，與三聚氰胺-間苯二酚-甲醛樹脂進(jìn)行化學(xué)改性和氮摻雜，通過SEM、TEM、XPS、XRD、BET

3、、TG等測試手段，對多孔炭的形貌、結(jié)晶程度、比表面積以及孔徑分布等進(jìn)行研究，調(diào)整表面活性基團(tuán)和孔隙結(jié)構(gòu)，還原提高導(dǎo)電性，然后結(jié)合恒電流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等電化學(xué)分析測試方法，研究多孔炭的電化學(xué)性能與電吸附性質(zhì):氮摻雜層積石墨烯GN2.5％表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性質(zhì)，高電容(245 Fg-1)、低電阻(0.26Ω cm-2)，2000次循環(huán)電容保持率為96.6％;以季銨化聚乙烯醇(QPVA)與戊二醛(GA)交聯(lián)制備陰離子膜(QPVA)

4、，全氟磺酸樹脂制備陽離子膜(PFSA)，以多孔活性炭組裝成炭電極，研究了原位刮膜與機(jī)械壓膜區(qū)別，進(jìn)一步探討膜結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)、交聯(lián)劑用量、成膜厚度等因素對離子交換容量、膜碳電阻、吸附容量影響:MCDI-P-0.8是最優(yōu)裝配方式，最大吸附容量15.6 mg g-1。
　　最后，我們制備基于GN炭材料膜碳復(fù)合電極，進(jìn)行電吸附實(shí)驗(yàn)，研究設(shè)備參數(shù)（微觀結(jié)構(gòu)、比表面積、孔徑分布）和操作參數(shù)（施加電壓、溶液濃度、離子鹽性質(zhì)）對吸附的影響，闡明吸附