電容去離子技術(shù)是一種高效節(jié)能、綠色環(huán)保的基于電化學(xué)雙電層電容理論的電吸附脫鹽技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵和核心在于電極材料的選擇。石墨烯因具有較高的比表面積、電導(dǎo)率以及優(yōu)異的物理化學(xué)特性,被認(rèn)為是一種理想的電極材料。本文從石墨烯電極材料性能設(shè)計(jì)角度出發(fā),歸納總結(jié)了針對石墨烯材料特性（親水性、比表面積/孔隙、導(dǎo)電性）的研究現(xiàn)狀,分析存在的問題,并展望了石墨烯基電容去離子電極材料的發(fā)展前景。 

【文章來源】：水處理技術(shù). 2020,46(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

石墨烯/活性炭復(fù)合材料制備過程[21]

3）碳?xì)饽z摻雜。碳?xì)饽z是由相互連接的均勻碳質(zhì)顆粒（3～30 nm）組成的孔徑小于50 nm的納米材料。CISZEWSK等[26]將還原氧化石墨烯、石墨烯分別和碳?xì)饽z復(fù)合，發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯復(fù)合的材料介孔比例（80%）高于石墨烯復(fù)合的材料，但是比表面積（531 m2/g）低于石墨烯復(fù)合的材料（629m2/g）。LIU等[27]制備了含碳?xì)饽z添加劑的還原氧化石墨烯電極，制備過程如圖2所示，石墨烯作為柔性橋形成“面-點(diǎn)”導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，改善電極內(nèi)的電子轉(zhuǎn)移效率。復(fù)合材料與還原氧化石墨烯相比介孔比例增加，比表面積由407 m2/g增長到648.4 m2/g，用作電吸附脫鹽獲得了98%的極高脫鹽效率。4）碳納米管摻雜。碳納米管是一種具有獨(dú)特中空結(jié)構(gòu)的納米材料，與石墨烯復(fù)合時(shí)，碳納米管作為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)與相鄰的石墨烯互連，可以抑制石墨烯的聚集，方便離子進(jìn)入多孔結(jié)構(gòu)，縮短了離子傳輸路徑，增強(qiáng)了石墨烯材料的吸附效果[28]。ZHANG等[29]通過改進(jìn)的熱剝離法制備石墨烯/碳納米管復(fù)合材料并用做CDI電極，碳納米管材料插入到石墨烯片層間，提高了垂直方向的電導(dǎo)率，改善了石墨烯材料的孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積可達(dá)到479.5 m2/g，對NaCl溶液吸附容量達(dá)到1.41 mg/g，高于單獨(dú)石墨烯電極材料（1.10 mg/g）。XU等人[30]設(shè)計(jì)并采用直接冷凍干燥混合液-氮?dú)馔嘶鸱ㄖ苽淞诵滦秃＞d結(jié)構(gòu)的石墨烯/碳納米管電極材料，該材料呈現(xiàn)分級多孔結(jié)構(gòu)，碳納米管摻雜量為20%時(shí)海綿結(jié)構(gòu)材料的比表面積最大為498.2 m2/g，并且作為CDI電極展現(xiàn)出良好的吸附效果。

2010年以來，針對金屬氧化物摻雜的石墨烯電極導(dǎo)電性研究已經(jīng)取得一定的成果。在常見的摻雜金屬氧化物中，TiO2具有成本低、化學(xué)惰性好、環(huán)保且易于錨定在碳結(jié)構(gòu)中等優(yōu)點(diǎn)，成為關(guān)注度較高的摻雜對象。YIN等[32]在石墨烯材料中摻雜TiO2納米顆粒，其反應(yīng)過程如圖3所示，制備的石墨烯/TiO2復(fù)合材料，在CV掃描速率為100 mV/s和5 m V/s時(shí)的比電容分別為119.7 F/g和142.6 F/g，遠(yuǎn)高于石墨烯原材料的比電容。EL-DEEN等[33]制備了石墨烯/MnO2納米復(fù)合電極材料，研究了顆粒狀和棒狀的MnO2納米材料摻雜對電極的形貌以及性能的影響，發(fā)現(xiàn)棒狀材料摻雜的電化學(xué)性能更好，比電容達(dá)到292 F/g，電吸附量為5.01 mg/g，脫鹽率可達(dá)到93%。LI等[34]用水熱法制備了還原氧化石墨烯/Fe3O4納米復(fù)合材料，F(xiàn)e3O4表面的羥基化使復(fù)合材料的電吸附能力和電流效率比還原氧化石墨烯材料高出近兩倍，Langmuir等溫線預(yù)測的最大電吸附容量約8.33 mg/g。金屬氧化物的摻雜使石墨烯基復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，但是可能會在復(fù)合電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，造成溶液被生成的產(chǎn)物所污染；同時(shí)，金屬氧化物的存在可能會加速石墨烯基材質(zhì)的氧化。因此需要進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)際應(yīng)用性。2.3.2 石墨烯/導(dǎo)電聚合物摻雜

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3509921