【摘要】：電控離子交換(Electrochemically switched ion exchange,ESIX)技術(shù)作為環(huán)境友好的離子分離與回收方法引起了極大的關(guān)注,在ESIX過程中,通過控制覆載或電沉積在導(dǎo)電基體上的電活性材料的氧化還原電位可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)離子可逆的置入與釋放,從而使處理液中的離子得以分離并實(shí)現(xiàn)膜的再生。由于ESIX過程主要由電極電位所驅(qū)動(dòng),離子分離材料無需化學(xué)再生,因而避免了二次污染。然而,ESIX技術(shù)也存在技術(shù)上的不足,如:該技術(shù)在離子的置入和釋放過程中都需要輸入電能,相對(duì)能耗大。為了實(shí)現(xiàn)ESIX技術(shù)的能量循環(huán)利用和離子回收效率的提高,本文研發(fā)了一種自電再生式ESIX系統(tǒng),該系統(tǒng)可以在提取離子的同時(shí)自發(fā)產(chǎn)生能量,并可為后期的離子回收提供部分所需的能量。海水是淡水資源的重要來源,其有效利用正在成為淡水的重要來源。針對(duì)海水淡化問題,本研究首先采用化學(xué)沉淀法制備出了鐵氰化鐵(FeHCF)和聚吡咯(PPy)材料,將兩種電活性材料制成膜并分別作為儲(chǔ)Na~+和儲(chǔ)Cl-電極,然后應(yīng)用自電再生式ESIX系統(tǒng)成功地從模擬海水溶液中去除NaCl,并考察了不同操作條件下的離子交換容量及能耗,經(jīng)過對(duì)比選擇出最佳操作電流。在最佳操作條件下,其離子交換容量可達(dá)79.6 mg·g~(-1),能耗低至0.14 kWh·m~(-3);即使經(jīng)過100次脫鹽循環(huán)后,其脫鹽容量仍可保持初始容量的86%。同沒有自電再生系統(tǒng)的傳統(tǒng)ESIX方法脫鹽相比,該自電再生式ESIX系統(tǒng)可以降低約65%的能耗。另一方面,隨著新能源、電子信息產(chǎn)品的快速發(fā)展及鋰動(dòng)力電池的普遍應(yīng)用,鋰的需求量和價(jià)格急劇增加。針對(duì)鋰回收的問題,本文通過水熱法合成出λ-MnO_2和氯氧化鉍(BiOCl)材料,將兩種材料制成膜電極并用于選擇性地提取Li~+離子和Cl~-離子,并應(yīng)用自電再生式ESIX系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了低能耗鹵水提鋰,并考察了不同電流密度下λ-MnO_2和BiOCl膜電極的離子交換容量,在最佳電流密度下進(jìn)行了ESIX過程一步提取溶液中的LiCl測(cè)試,同時(shí)考察了在不同濃度的LiCl溶液中ESIX系統(tǒng)的離子交換容量,其中在10 mM的LiCl溶液中其離子交換容量可達(dá)42.02 mg·g~(-1)。在一個(gè)完整循環(huán)中自電再生式ESIX系統(tǒng)所需的能耗約為13.5 Wh·mol~(-1)。即使經(jīng)過200次提鋰循環(huán)后,該工藝仍可保持其初始容量的96.2%。此外,與傳統(tǒng)的ESIX方法應(yīng)用于鹵水提鋰相比,自電再生式ESIX系統(tǒng)大約可節(jié)省66%的能耗。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ085.47;TQ131.11;TQ028.8

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