在低碳經(jīng)濟(jì)的當(dāng)今社會(huì),以電容去離子（Capacitive deionization,CDI）為代表的新型淡化脫鹽技術(shù)因其低能耗、高效率、低成本、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),近年來備受關(guān)注。作為CDI技術(shù)的核心,電極材料性能的優(yōu)劣直接從根本上決定了 CDI系統(tǒng)的脫鹽性能。因此,設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)與組成可控的CDI電極材料是獲得理想脫鹽性能的前提。本文針對(duì)目前多孔碳材料作為CDI電極材料存在的容量低、響應(yīng)慢的技術(shù)挑戰(zhàn),以構(gòu)建具有大電吸附容量和快電吸附速率的CDI電極材料為目標(biāo),圍繞著多孔結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成兩個(gè)方面,開展多孔碳納米材料的可控制備及其與CDI性能之間的構(gòu)效關(guān)系研究。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:（1）從分子層面進(jìn)行設(shè)計(jì),將嵌段共聚物PEO113-b-PS192的自組裝與PS鏈段的交聯(lián)反應(yīng)相結(jié)合,和外加氮源一起碳化后,制備了氮摻雜等級(jí)多孔碳N-HPC。制備的N-HPC具有由微孔、介孔和大孔組成的三維相互貫通的等級(jí)多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)有利于電解液離子在其孔道內(nèi)的傳質(zhì)擴(kuò)散。同時(shí)經(jīng)過氮摻雜修飾后,材料的電化學(xué)特性明顯改善:相比于未摻雜樣品,N-HPC電極的比電容值增加了2.74倍。CDI性能測(cè)試表明,由于等級(jí)多孔... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：139 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

全球每年各區(qū)域水資源短缺的月數(shù)分布}a1Fig.1.1Numbermonthsperyearofthewatershortagesglobal.0}

反滲透（Ｒｅｖｅｒｓｅｏｓｍｏｓｉｓ，Ｒ０）、多級(jí)閃蒸（Ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｇｅｆｌａｓｈ，ＭＳＦ）、多效蒸懷（Ｍｕｌｔｉ－ｅｆｆｅｃｔ??ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，ＭＥＤ）、電滲析（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ，ＥＤ）和電容去離子（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ?ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，??ＣＤＩ）等Ａ它們的脫鹽原理各不相同，有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)（圖１．２）。??ＲＯ是目前最重要的淡化脫鹽技術(shù)。其利用膜分離原理，在壓力的作用下使得鹽水??中的水分通過反滲透膜而各種鹽分、有機(jī)物和微生物被截留，從而實(shí)現(xiàn)純水的分離［１（）］。??ＲＯ適用于高濃度的海水淡化，且除鹽效率高，是大部分海水淡化廠的主流工藝。然而，??其運(yùn)行必須配備高壓設(shè)備，這增加了能耗和運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，反滲透膜的膜污染問題也??是不可忽略的因素。過度的膜污染會(huì)堵塞膜組件，使得運(yùn)行壓力增大。解決膜污染問題??需要額外的反清洗步驟，但長(zhǎng)期如此會(huì)降低反滲透膜的壽命［１１］。ＭＳＦ是將經(jīng)過加熱的海??水依次在多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水的淡化脫鹽技??術(shù)［１２］。其適合于大型和超大型海水淡化處理生產(chǎn)

電極理論（ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｐｏｒｏｕｓ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｔｈｅｏｒｙ）。理論假設(shè)在電極內(nèi)部的大孔和微孔充??滿電解液，且局部濃度是一樣的。顆粒間的大孔作為離子在整個(gè)電極內(nèi)部傳輸?shù)闹饕??道，其是呈電中性的，而在微孔中過量的電荷通過形成雙電層而被抵消（圖１．７ａ）。兩維??多孔電極理論利用兩個(gè)耦合的偏微分方程用于描述碳顆粒間的鹽濃度、靜態(tài)電勢(shì)、電荷??密度以及電吸附容量隨吸附時(shí)間和電極厚度的變化，如式１－２所示：??｛，心令??Ｐｍｊ＾＾?＝?２ＰｎｉＡＤｆ［ｃｍＡ＾??Ｌ．?ｕｔ?ＯＸ?ＯＸ?ｙ?（１－２）??兩維多孔電極理論是將具有兩個(gè)平行電極的ＣＤＩ組件假設(shè)分為了?Ｍ個(gè)亞組件，并??且考慮了溶液流經(jīng)的方向和鹽從電極中是流入和流出的動(dòng)態(tài)過程（圖１．７ｂ）。同時(shí)，理論??還需要對(duì)電極的幾何形態(tài)（厚度、孔隙率等）進(jìn)行測(cè)量。雖然理論在描述ＣＤＩ中離子傳輸??的動(dòng)力學(xué)過程是非常成熟的，但是它忽略了離子在多孔電極孔道中的傳質(zhì)阻力。為此，??還需要額外引入一個(gè)傳質(zhì)系數(shù)。??８??

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]電容去離子脫鹽用整體性活性炭纖維的設(shè)計(jì)構(gòu)筑及其性能研究[D]. 董強(qiáng).大連理工大學(xué) 2016



本文編號(hào)：2906513