本文選題：流動(dòng)性電極　切入點(diǎn)：電容去離子　出處：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著淡水資源的匱乏,海水淡化逐漸成為解決水資源危機(jī)的重要途徑之一,在海水淡化的過(guò)程中,處理技術(shù)集中在熱法和反滲透,但不可避免高能耗及高成本的代價(jià)。電容去離子吸附技術(shù)作為新啟之秀,在水處理除鹽應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,而且具備一定的理論基礎(chǔ),但除鹽效率有待提高,流動(dòng)性電極電容去離子(FCDI)在近幾年興起,由于其操作簡(jiǎn)單,脫鹽率較高而備受關(guān)注。本課題主要探索了流動(dòng)性電極電容去離子脫鹽的規(guī)律,并提出了微生物燃料電池脫氮產(chǎn)電驅(qū)動(dòng)電容去離子這一觀點(diǎn)。本文中對(duì)比了四種碳材料作為流動(dòng)式電極的性能,分析其比表面積、孔結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)及吸附動(dòng)力學(xué)對(duì)性能的影響,選擇性能良好的碳材料用于流動(dòng)性電極電容去離子,結(jié)果表明:四種碳材料包括活性炭AC80、AC50、AC和石墨稀G400,相同操作條件下,AC80的脫鹽率達(dá)到64%,而AC的脫鹽率為48%,產(chǎn)生差異可能由于AC80微介孔含量較多,孔容豐富,比表面積較大,雜質(zhì)較少,吸附性能較好。同時(shí)對(duì)比了各自吸附模型,由于FCDI設(shè)備中增加了離子交換膜,避免了同離子效應(yīng)和陰陽(yáng)離子的擴(kuò)散,所以比傳統(tǒng)電容去離子脫鹽量和脫鹽速率大,但離子交換膜的增加和碳材料電極的流動(dòng)性,也導(dǎo)致離子并非穩(wěn)定吸附在碳材料上,所以模擬的一級(jí)和二級(jí)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)性系數(shù)較小。為了考察流動(dòng)性電容去離子中操作條件對(duì)除鹽效果的影響,主要從電壓、流速比(中間腔室:陰極腔室:陽(yáng)極腔室)、速率、電極間距、兩種碳材料的配比和多級(jí)串聯(lián)等因素考慮。實(shí)驗(yàn)證明:電壓為1.4V,低流速2.5m L/min,流速比(中間腔室:陰極腔室:陽(yáng)極腔室)為1:2:2、電極板間距3mm、單一碳材料為AC80時(shí),流動(dòng)性電極電容去離子設(shè)備運(yùn)行50min后,吸附量達(dá)到最大,并且在串聯(lián)情況下,除鹽量比單個(gè)模組提高17%左右,但是除鹽速率降低,說(shuō)明離子的路程增加會(huì)降低除鹽速率。文中還考察了流動(dòng)性電極電容對(duì)不同單一陽(yáng)離子溶液中離子的去除,針對(duì)AC80對(duì)不同陽(yáng)離子的吸附量由大到小依次為KClNaClCaCl_2AlCl_3,說(shuō)明在單一陽(yáng)離子溶液中,水合半徑越小,吸附量越大。實(shí)驗(yàn)通過(guò)氮摻雜石墨烯催化陰極,研究了產(chǎn)電脫硝的機(jī)理,對(duì)比不同溶解氧下微生物燃料電池(MFC)的輸出能量,改變?nèi)剂想姵卮⒙?lián)的方式,驅(qū)動(dòng)流動(dòng)性電容去離子,結(jié)果表明:利用氮摻雜石墨烯催化陰極與裸電極對(duì)比,微生物燃料電池電壓提升了50%,功率密度提升了80%,產(chǎn)電的性能穩(wěn)定提升;在除氮過(guò)程中,去除率相同時(shí),氨氮的去除時(shí)間逐漸縮短,氨氮的去除速率提升。溶解氧(DO)濃度從1mg/L增加4mg/L后,MFC穩(wěn)定期電壓從362m V增加到446m V,產(chǎn)電性能提升。隨著溶解氧增大,氨氮加速降解,硝酸鹽快速生成,溶解氧為4mg/L時(shí),經(jīng)75h后,NH_4~+去除率達(dá)到91.7%,NO_3~-積累量達(dá)到80.9mg/L。比較多級(jí)串并聯(lián)方式的微生物燃料電池,電壓和功率密度都得到提升,但并聯(lián)的產(chǎn)電性能更加穩(wěn)定,與流動(dòng)性電極電容去離子技術(shù)結(jié)合,除鹽率達(dá)到30%。
[Abstract]:With the scarcity of fresh water, sea water desalination has gradually become one of the important ways to solve the crisis of water resources, in the process of seawater desalination, heat treatment technology focused on the method and the reverse osmosis, but inevitably high energy consumption and high cost. The cost of capacitive deionization technology as a new start and adsorption of the show, in addition to widely used applications of salt water processing, but also has certain theoretical basis, but the desalting efficiency should be improved, the flow of electrode capacitive deionization (FCDI) rise in recent years, because of its simple operation, high desalination rate and concern. This paper mainly explores the fluidity of electrode capacitive deionization desalination law, and put forward the idea of microbial fuel battery nitrogen production electric drive. This paper compares the deionizaion performance of four kinds of carbon materials as electrode flow, analysis of the specific surface area, pore structure, adsorption kinetics and properties of functional groups The effects of carbon materials with good performance for mobile electrode capacitive deionization results showed that four kinds of carbon, activated carbon materials including AC80, AC50, AC and graphene G400, under the same operating condition, AC80 desalination rate reached 64%, while the AC desalination rate was 48%, the difference may be due to dielectric AC80 the hole more content, pore volume rich, larger surface area, less impurity, good adsorption performance. While comparing their adsorption model, because the FCDI device increases the ion exchange membrane, to avoid the same ion effect and ion diffusion, so compared with the traditional capacitive deionization desalination and desalination rate, but increased liquidity the ion exchange membrane and carbon electrodes, also lead ion adsorption in carbon materials is not stable, so the smaller correlation coefficient simulation of grade one and two dynamics. In order to study the liquidity from the capacitor to the operating conditions of the sub The effect of salt effect, mainly from the voltage, velocity ratio (intermediate chamber: cathode chamber: anode chamber), the rate of electrode spacing, considering two kinds of carbon materials and tandem and other factors. The experiment results show that the voltage is 1.4V, low velocity 2.5m L/min, velocity ratio (intermediate chamber: cathode anode chamber: the chamber) for 1:2:2, the distance between the two electrode plates 3mm, single carbon material is AC80, liquid electrode capacitive deionization device running 50min, the adsorption capacity reached the maximum, and in a series of cases, in addition to the amount of salt is 17% higher than a single module, but the desalting rate decreased, indicating an increase in ion distance will reduce the desalination rate. This paper also investigated the removal of ions of different single cations in solution of liquidity for the electrode capacitance, AC80 on the adsorption of different cations in descending order of KClNaClCaCl_2AlCl_3, explained in a single cation solution, the hydration radius is smaller, suction With greater volume. Through the experiment of nitrogen doped graphene cathode catalyst, studied the mechanism of producing electric denitration, comparison of different dissolved oxygen microbial fuel cell (MFC) of the output energy, change the fuel cell series parallel way, driven by liquidity deionizaion results showed that by contrast, nitrogen doped graphene cathode catalyst with the bare electrode, the microbial fuel cell voltage increased by 50%, 80% increase in power density, stable performance to enhance electricity production; in nitrogen removal process, the removal rate of ammonia nitrogen removal at the same time gradually shortened, the removal rate of ammonia nitrogen is promoted. The dissolved oxygen (DO) concentration increased from 1mg/L 4mg/L, MFC phase voltage increases from 362M V to 446m V, the electricity production increased. With the increasing of dissolved oxygen, ammonia nitrate accelerated degradation, rapid formation of dissolved oxygen was 4mg/L, after 75h, the removal rate of NH_4~+ reached 91.7%, the accumulation of NO_3~- reached 80.9mg/L. level The voltage and power density of microbial fuel cell in series and parallel connection have been improved, but the power generation performance of parallel connection is more stable. Combined with mobile electrode capacitor deionization technology, the desalting rate reaches 30%..

【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】：2017
【分類號(hào)】：TM911.45

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本文編號(hào)：1565598