電容去離子脫鹽用整體性活性炭纖維的設計構筑及其性能研究.pdf

1、水是生命的根本，人類賴以生存的源泉，亦是經濟發(fā)展的基礎資源。隨著全球社會經濟的持續(xù)發(fā)展，人類對水資源的需求量與日俱增，水資源短缺已成為一個世界性的嚴重問題。目前，全球已有超過十億人在不同程度上面臨缺少淡水的困境。海水淡化技術是一種獲取淡水進而有望成為一個解決水資源危機的可能途徑。然而，傳統(tǒng)的海水淡化裝置存在體積龐大、耗能高、碳排放量大、淡化效率低等問題。電容去離子脫鹽技術(Capacitive Deionization，CDI)是基于電

2、化學雙電層原理，利用帶電電極表面的電化學作用吸附水中帶電離子，使水體中溶解性鹽類離子（如Na+、Ca2+、Cl-、SO42-等）及其它帶電物質在電極表面和孔隙內吸附富集，進而實現水凈化/淡化的一種新型水處理技術，具有低碳、低耗、低廉及低污等優(yōu)點而備受關注。高性能電極材料的制備及其結構調控，是CDI技術的核心和關鍵。本文采用靜電紡絲技術，圍繞新結構高性能CDI電極材料的可控制備及其CDI脫鹽性能之構效關系，開展了系統(tǒng)的研究，包括:①以導電

3、炭黑(CB)、碳納米管(CNT)及石墨烯(RGO)為基本結構單元，采用共混靜電紡絲技術，制備具有高比表面積及高導電性的宏觀整體性活性炭纖維(ACF)復合電極材料;②采用超聲霧化耦合靜電紡絲技術，制備具有三明治結構的石墨烯/活性炭纖維復合電極材料;③以高介孔率商品活性炭為電極，在實驗室組裝了CDI放大模塊，探索CDI技術規(guī)?；瘧玫目尚行浴Ｖ饕芯績热菁敖Y論如下:
　　(1)以高介孔率CB材料作為基本結構組元之一，能夠有效調控電紡法

4、制備的活性炭纖維電極的孔徑分布并改善其導電能力。制備得到的CB與ACF復合電極材料(CB/ACF)，具有微孔-介孔-大孔分布的多級孔“l(fā)ine-to-point”結構。導電炭黑的存在有效改善了ACF的雙電層電容特性，降低了ACF的等效串聯電阻和荷電轉移電阻。CB/ACF900電極在1.6 V電壓下的電吸附容量可達到6.5 mg g-1;多次循環(huán)后，脫鹽量仍能保持在6.1 mg g-1以上，顯示出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　(2)以長徑

5、比較大的一維CNT材料為基本結構組元之一，創(chuàng)制出孔道結構及導電能力均有明顯改善的一體化CNT/ACF復合材料，CNT/ACF-10復合纖維材料具有較高中孔率的雙一維“l(fā)ine-in-line”結構。CNT的引入明顯提高了CNT/ACF復合電極材料的電化學性能。在1.2 V電壓下，CNT/ACF-10電極材料的CDI脫鹽量及電流效率分別為6.4 mg g-1和25％，表現出良好的電吸附性能。
　　(3)以二維材料石墨烯為基本結構組元

6、之一，采用原位靜電紡絲技術制備出具有較高導電能力、較大中孔孔隙率的“l(fā)ine-plane-line”結構RGO/ACF復合材料。在1.2 V電壓下，RGO/ACF-10電極材料的CDI脫鹽量達到7.2 mg g-1;添加RGO得到的RGO/ACF-X電極材料的脫鹽量及電流效率均高于不添加RGO的純ACF電極。
　　(4)將超聲霧化技術與靜電紡絲技術耦合，制備出具有三明治夾層“l(fā)ine-in-plane”結構的S-RGO/ACF復合

7、電極材料;所制備的S-RGO/ACF具有大面積的導電網絡，其ACF纖維的表面粗糙度顯著增加，對鹽離子的吸附與脫附能力顯著增強。在1.2 V電壓下，S-RGO/ACF復合電極材料脫鹽量達到9.2 mg g-1，電流效率為33.4％。
　　(5)以高比表面積商用超級活性炭(AC)為CDI電極活性組分，聚偏氟乙烯(PVDF)為粘結劑，導電炭黑為導電劑，采用刮膜法制備CDI電極并組裝了放大的CDI裝置，考察電極電壓、吸附時間、進水濃度對電