【摘要】：水資源污染和淡水資源短缺已成為社會可持續(xù)發(fā)展的重大問題,海水淡化技術(shù)則是解決這一問題的有效方案。目前相對成熟的技術(shù)有反滲透、電滲析、離子交換法、蒸餾法和冷凍法等,但普遍存在以下幾個問題:成本和耗能較高,并且存在二次污染。因此發(fā)展低成本、低耗能、無污染和長壽命的脫鹽技術(shù)迫在眉睫。電容去離子技術(shù)(Capacitive deionization,CDI)是一種在海水淡化領(lǐng)域頗具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d技術(shù)。CDI有雙電層靜電吸附和法拉第反應(yīng)(贗電容)兩種脫鹽機(jī)理,電吸附主要是在碳電極表面或者是電極材料內(nèi)部孔道靜電吸附離子,而法拉第吸附主要是通過離子在電極材料中的法拉第反應(yīng)進(jìn)行可逆離子脫嵌。本論文以層狀脫嵌鈉離子電極材料為負(fù)極捕獲鈉離子,以多孔碳材料為正極電吸附氯離子,組成雜化電容去離子(HCDI)脫鹽裝置,研究了組裝模式,工藝參數(shù)對脫鹽性能的影響。由于贗電容儲鈉機(jī)理引入,使脫鹽量性能和電荷效率有大幅度的提升。本論文主要分為兩部分:1、以三元碳化物Ti2AlC為前驅(qū)體,經(jīng)過刻蝕劑LiF和HC1刻蝕得到二維層狀碳化物(MXene),經(jīng)XRD分析,所得樣品為以Ti2AlC為主相,Ti3AlC2為次相的混合相。掃描電鏡表明其具有手風(fēng)琴狀形貌特點(diǎn)。在1M的NaCl溶液中測試電化學(xué)性能,在電位窗口為-1-0V之間出現(xiàn)氧化還原峰,表明是鈉離子脫嵌的贗電容反應(yīng)機(jī)制。研究了不同的兩電極組裝模式對脫鹽性能的影響。分別以AC//AC、MXene//MXene、MXene//AC組裝成電極進(jìn)行測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以MXene為負(fù)極,以活性炭(AC)為正極,組裝成的HCDI脫鹽裝置效果最佳,在濃度為50 ppm的NaCl溶液中其電吸附量達(dá)到36.23 mg g-1,電荷效率達(dá)到99%。經(jīng)過5次吸附-脫附的循環(huán)實(shí)驗(yàn)之后,MXene的吸附能力沒有明顯的衰減,說明該電極材料有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。2、通過檸檬酸法制備Na0.75Co02母體,以I2作為氧化劑,對母相脫鈉制得不同鈉含量的電極材料(Na0.65Co02、Na0.52CoO2)。研究表明隨著鈉含量的減少,其Co-O層板層間距隨之增大。隨鈉含量的減少,發(fā)生了 Co3+-Co4+的轉(zhuǎn)化以補(bǔ)償平衡電價(jià),同時Co4+不穩(wěn)定,通過價(jià)態(tài)弛豫形成豐富的氧空位。以不同含鈉量的NaxCoO2(x=0.75、0.65、0.52)作為負(fù)極,以AC作為正極組成雜化電容脫鹽裝置,在不同電壓(0.8V、1.0V、1.2V和1.4V)和不同電導(dǎo)率(100μS cm-1、500μS cm-1和1000 μS cm-1)的NaCl溶液中測試其電容去離子的性能,當(dāng)初始電導(dǎo)率為1000 μS cm-1,工作電壓為 1.4V 時,Na0.75CoO2、Na0.65CoO2和 Na0.52CoCO2脫鹽量分別達(dá)到 41.82mgg-1、72.03 mg g-1和104.45 mg g-1,結(jié)果表明,Na0.52CoO2的去除離子性能優(yōu)于其它兩種材料。經(jīng)過7次吸附-脫附的循環(huán)實(shí)驗(yàn)之后,NaxCoO2(x=0.75、0.65、0.52)的吸附能力沒有明顯的衰減,說明該電極材料有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【圖文】：

極與溶液接觸面上電荷是整齊排列的，這是它們忽略了電荷在溶液中的移動，之后，在２０世紀(jì)逡逑初期，Ｇｏｕｙ［２７］和ＣｈａｐｍａｎＰ８］對其進(jìn)行了進(jìn)一步的研宄，，直到１９２４年，Ｓｔｅｍ對以上兩種理論模逡逑型加以總結(jié)得出了邋Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ－Ｓｔｅｍ模型雙電層結(jié)構(gòu)，如圖１－３所不。逡逑｛邋：邋＼｜０？逡逑？ｎ邐＋邐ｉ＼＃

本文編號：2660335