活性炭纖維的電吸附脫鹽及離子選擇性能研究.pdf

1、電吸附脫鹽技術(shù)是一種前景廣闊的離子分離方法,具有低能耗、高效率、無污染等其它脫鹽技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。吸附容量和吸附速率是評(píng)價(jià)電吸附性能的主要指標(biāo)。影響吸附效果的因素包括:電極材料、設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行條件、水質(zhì)條件等。所以,深入開展關(guān)于電吸附基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用方面的研究,不僅有重要的科學(xué)價(jià)值,而且有深刻的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文以活性炭纖維作為吸附電極,分析了電吸附過程的電化學(xué)性能,探討了電吸附的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)規(guī)律,并對(duì)多組分堿金屬、堿土金

2、屬離子溶液中活性炭纖維電極對(duì)不同離子的選擇吸附性能進(jìn)行了研究。論文的主要研究成果如下:
　　(1)在分析雙電層電容組成模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合電極材料的孔徑分布,通過循環(huán)伏安測(cè)試,研究了影響雙電層電容的主要因素。結(jié)果表明:雙電層電容由微孔電容和中孔電容兩部分組成;掃描速率、溶液濃度、材料結(jié)構(gòu)是影響雙電層電容的主要因素;對(duì)于高濃度溶液,高掃描速率下的電容值與低掃描速率下的電容值相差不大;對(duì)于低濃度溶液,由于微孔的充放電響應(yīng)比較慢,高掃描速

3、率下的電容值比低掃描速率下的電容值小很多;微孔傳質(zhì)阻力大,導(dǎo)致微孔的比表面積利用率較低,對(duì)雙電層電容貢獻(xiàn)較少。
　　(2)通過分析不同濃度溶液的交流阻抗頻譜圖,對(duì)電吸附過程進(jìn)行了等效電路解析,求出等效電路元件參數(shù)值,進(jìn)而分析溶液的界面狀態(tài)。結(jié)果表明:活性炭纖維的電吸附過程可用R(C(RW))電路圖進(jìn)行擬合;相同工作條件下,高濃度溶液的遷移電阻Rs較小,則實(shí)際施加在電極材料上的外部電壓相對(duì)較大,相應(yīng)電容值較大。
　　(3)通過

4、各種條件下的靜態(tài)電吸附實(shí)驗(yàn),研究了電壓、溶液濃度、溫度對(duì)電吸附容量和速率的影響。各條件下的吸附動(dòng)力學(xué)都可以用Lagergren一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型來描述;1.2V電壓下,活性炭纖維對(duì) NaCl的吸附速率常數(shù)較開路時(shí)增加了13％,吸附速率的提高主要是由于靜電吸引力的增加;各條件下的吸附等溫線都可以用Langmuir和Freundlich吸附等溫模型來描述,但前者的擬合效果更佳;1.2V電壓下,活性炭纖維對(duì)NaCl的最大電吸附容量較開路時(shí)增加

5、了2.14倍,電吸附容量的增加主要是由于電極表面電荷密度的增強(qiáng),吸附點(diǎn)位增多,不存在氧化還原反應(yīng);電吸附熱力學(xué)參數(shù)顯示,活性炭纖維對(duì)NaCl的電吸附過程是吸熱、非自發(fā)、熵變?yōu)樨?fù)的過程。
　　(4)在活性炭纖維電化學(xué)性能研究和電吸附動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了單組分、多組分堿金屬、堿土金屬離子溶液中,活性炭纖維對(duì)不同離子的電吸附選擇性能研究,測(cè)定了多組分溶液中各種離子在電吸附前后濃度的變化,計(jì)算了活性炭纖維對(duì)離子的電吸附容量。