改性碳材料作為電容去離子電極的理論模擬及制備.pdf

1、電容去離子技術(shù)(CDI)作為一種高效率、無污染、低成本的海水淡化技術(shù)，近年來由于水資源危機(jī)的日益嚴(yán)重而受到越來越多的關(guān)注。電容去離子技術(shù)的核心組成部分是電極材料，目前主要以多孔碳基材料作為電容去離子系統(tǒng)的電極，電極材料的性能直接決定著電容去離子系統(tǒng)的脫鹽能力。希望通過理論模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)來研究電極材料親水性和孔結(jié)構(gòu)性能對(duì)其脫鹽能力的影響，通過改善電極材料的性能來實(shí)現(xiàn)高效率、低能耗含鹽水淡化的目標(biāo)。
　　本文以修正道南理論和多孔電極理論

2、為基礎(chǔ)建立了改進(jìn)的循環(huán)式CDI的動(dòng)力學(xué)模型，描述了多孔電極內(nèi)離子傳輸和電荷轉(zhuǎn)移的過程，Stern電容和電極電阻等效厚度等參數(shù)的變化解釋了碳電極材料表面親水性對(duì)其脫鹽能力的影響。理論結(jié)果表明，隨著電極材料表面親水性的提高，Stern電容量增大，離子擴(kuò)散阻力減小，有效孔體積增加，脫鹽能力提高。為了對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)上采用一種綠色方法制備出一系列高親水性活性炭并對(duì)其脫鹽性能進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，增強(qiáng)電極材料的親水性對(duì)于其脫鹽能力的提

3、高意義重大，這與理論得到的結(jié)果一致。
　　在修正道南理論基礎(chǔ)上對(duì)簡化動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了改良，并用改良后的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)電容去離子過程進(jìn)行描述。Stern電容、總傳輸系數(shù)和有效孔體積的變化解釋了電極材料微孔、介孔含量的增加對(duì)其脫鹽能力的影響。理論結(jié)果表明，電極材料微孔、介孔含量的增加和孔徑分布的改善，能夠提高Stern電容、總傳輸系數(shù)和有效孔體積，從而增強(qiáng)其脫鹽能力。為了對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)上采用離子液體為模板法結(jié)合氫氧化鉀活化制備