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(guó)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(duì)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(chǎng)的作用下定向運(yùn)動(dòng)到多孔電極，離子將存儲(chǔ)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(yáng)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(yáng)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(guò)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(dòng)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(shù)脂進(jìn)行化學(xué)改性和氮摻雜，通過(guò)SEM、TEM、XPS、XRD、BET

3、、TG等測(cè)試手段，對(duì)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(cè)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(shù)脂制備陽(yáng)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(duì)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(duì)吸附的影響，闡明吸附