本文關(guān)鍵詞：改性碳材料作為電容去離子電極的理論模擬及制備

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【摘要】：電容去離子技術(shù)(CDI)作為一種高效率、無(wú)污染、低成本的海水淡化技術(shù),近年來(lái)由于水資源危機(jī)的日益嚴(yán)重而受到越來(lái)越多的關(guān)注。電容去離子技術(shù)的核心組成部分是電極材料,目前主要以多孔碳基材料作為電容去離子系統(tǒng)的電極,電極材料的性能直接決定著電容去離子系統(tǒng)的脫鹽能力。我們希望通過(guò)理論模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)來(lái)研究電極材料親水性和孔結(jié)構(gòu)性能對(duì)其脫鹽能力的影響,通過(guò)改善電極材料的性能來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率、低能耗含鹽水淡化的目標(biāo)。本文以修正道南理論和多孔電極理論為基礎(chǔ)建立了改進(jìn)的循環(huán)式CDI的動(dòng)力學(xué)模型,描述了多孔電極內(nèi)離子傳輸和電荷轉(zhuǎn)移的過(guò)程,Stern電容和電極電阻等效厚度等參數(shù)的變化解釋了碳電極材料表面親水性對(duì)其脫鹽能力的影響。理論結(jié)果表明,隨著電極材料表面親水性的提高,Stern電容量增大,離子擴(kuò)散阻力減小,有效孔體積增加,脫鹽能力提高。為了對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)上采用一種綠色方法制備出一系列高親水性活性炭并對(duì)其脫鹽性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,增強(qiáng)電極材料的親水性對(duì)于其脫鹽能力的提高意義重大,這與理論得到的結(jié)果一致。在修正道南理論基礎(chǔ)上對(duì)簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了改良,并用改良后的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)電容去離子過(guò)程進(jìn)行描述。Stern電容、總傳輸系數(shù)和有效孔體積的變化解釋了電極材料微孔、介孔含量的增加對(duì)其脫鹽能力的影響。理論結(jié)果表明,電極材料微孔、介孔含量的增加和孔徑分布的改善,能夠提高Stern電容、總傳輸系數(shù)和有效孔體積,從而增強(qiáng)其脫鹽能力。為了對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)上采用離子液體為模板法結(jié)合氫氧化鉀活化制備出具有的含有豐富微孔和介孔的炭氣凝膠無(wú)需C02超臨界干燥,并對(duì)其脫鹽性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,電極材料微孔、介孔含量的改善對(duì)于其脫鹽能力的提高意義重大,這與理論得到的結(jié)果一致。
【關(guān)鍵詞】：電容去離子 修正道南理論 多孔電極理論 碳電極
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O646.54
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-23
• 1.1 國(guó)內(nèi)外水資源現(xiàn)狀10
• 1.2 海水淡化技術(shù)的發(fā)展10-14
• 1.2.1 蒸餾法11
• 1.2.2 多級(jí)閃蒸11-12
• 1.2.3 多效蒸餾12-13
• 1.2.4 壓汽蒸餾13-14
• 1.2.5 太陽(yáng)能蒸餾14
• 1.2.6 反滲透法14
• 1.2.7 電滲析法14
• 1.3 電容去離子技術(shù)14-17
• 1.3.1 電容去離子的理論基礎(chǔ)15-17
• 1.3.2 電容去離子的工作原理17
• 1.4 電容去離子技術(shù)的電極材料17-21
• 1.4.1 活性炭和活性炭布18-19
• 1.4.2 有序介孔碳19
• 1.4.3 炭氣凝膠19-20
• 1.4.4 碳化物衍生碳20
• 1.4.5 碳納米管和石墨烯20-21
• 1.4.6 炭黑21
• 1.5 電容去離子技術(shù)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀21-22
• 1.6 本論文研究?jī)?nèi)容及意義22-23
• 2 CDI的理論模型和實(shí)驗(yàn)方法23-29
• 2.1 CDI的理論模型23-26
• 2.1.1 雙電層模型23-24
• 2.1.2 多孔電極理論24-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法26-29
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及實(shí)驗(yàn)儀器26-27
• 2.2.2 電容去離子模塊單元的制備27
• 2.2.3 鹽溶液27-29
• 3 高親水性活性炭的綠色制備及其CDI性能研究29-53
• 3.1 前言29
• 3.2 論模型的建立29-33
• 3.2.1 修正道南模型29-31
• 3.2.2 循環(huán)式動(dòng)力學(xué)模型31-33
• 3.3 實(shí)驗(yàn)部分33-37
• 3.3.1 材料的合成33
• 3.3.2 材料的表征33-35
• 3.3.3 CDI實(shí)驗(yàn)35-37
• 3.4 結(jié)果與討論37-52
• 3.4.1 CDI性能37-40
• 3.4.2 擬合結(jié)果40-41
• 3.4.3 表征結(jié)果41-46
• 3.4.4 脫鹽性能對(duì)比46-49
• 3.4.5 循環(huán)穩(wěn)定性能49-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 4 層狀結(jié)構(gòu)炭氣凝膠的制備及其CDI性能的研究53-72
• 4.1 前言53
• 4.2 論模型的建立53-58
• 4.3 實(shí)驗(yàn)部分58-63
• 4.3.1 材料的合成58-59
• 4.3.2 電極的制備59-60
• 4.3.3 材料的表征60
• 4.3.4 脫鹽性能測(cè)試60-61
• 4.3.5 循環(huán)穩(wěn)定性能測(cè)試61-63
• 4.4 結(jié)果與討論63-71
• 4.4.1 微觀(guān)結(jié)構(gòu)表征63-66
• 4.4.2 電化學(xué)性能66-67
• 4.4.3 CDI性能67-69
• 4.4.4 擬合結(jié)果69-71
• 4.5 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況79-80
• 致謝80-81

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