發(fā)布時間：2018-05-31 10:41

  本文選題：電容去離子 + 碳材料　； 參考：《華東師范大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：電容去離子(Capacitive deionization, CDI)也稱電吸附,是上世紀六十年代以來開始逐步受到廣泛重視的一種新型脫鹽技術(shù)。隨著人口膨脹與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模迅速擴大,全球淡水用量飛速增長。全球用水量在20世紀增加了7倍,其中工業(yè)用水量增加了20倍。特別是進入21世紀以來,全球用水量每年都以4%-8%的速度持續(xù)遞增,淡水供需矛盾日益突出。然而,全球98%以上的水資源都是不可直接利用的海水或苦咸水,這就使得海水淡化成為最有希望解決世界水危機的途徑。傳統(tǒng)的脫鹽技術(shù)包括閃蒸、反滲透、電滲析和離子交換存在著高能耗、次污染、膜結(jié)垢以及水利用率過低等缺點,這成為實現(xiàn)海水淡化的障礙。CDI技術(shù)以其高效率、低能耗、環(huán)境友好、高水利用率等優(yōu)勢而成為最有前景的脫鹽技術(shù)之一。電極材料作為CDI技術(shù)核心影響因素一直以來受到了國際的廣泛關(guān)注。因此,開展基于新型電極材料的CDI技術(shù)的理論和應(yīng)用研究,不僅有重要的科學(xué)價值,而且在人類社會發(fā)展中有著廣闊應(yīng)用前景和現(xiàn)實意義。本論文圍繞新型碳材料的制備和氮摻雜改性進行研究,并將其作為電極材料,系統(tǒng)地研究了它們的CDI性能與結(jié)構(gòu)、形貌以及元素摻雜的關(guān)系,進而優(yōu)化得到性能最佳的CDI電極材料。主要工作如下：1.使用微波輔助化學(xué)合成法以蔗糖為碳源制備了多孔碳球,研究了碳化溫度對多孔碳球的形貌、比表面積、電化學(xué)以及電吸附性能的影響。研究結(jié)果表明,多孔碳球的比表面積隨溫度的提高明顯增加。1000℃碳化處理的多孔碳球具有良好的電吸附性能,在初始濃度為500 mg l-1的NaCl溶液中具有5.81 mg g-1的比吸附量。進一步對多孔碳球進行氮摻雜,探索了氮摻雜處理溫度對材料的氮摻雜類型、比表面積以及電化學(xué)、電吸附性能的影響。研究結(jié)果表明隨著氮摻雜處理溫度升高,氮含量隨之上升,由于氮的摻入,多孔碳球的比表面積以及電荷傳輸性能都得到了明顯的改善。1000℃碳化處理的多孔碳球具有良好的電吸附性能,在初始濃度為500 mg l-1的NaCl溶液中具有14.91 mg g-1的比吸附量。相對于多孔碳球,氮摻雜多孔碳球的CDI性能有了明顯提升。2.通過冷凍干燥技術(shù)以納米纖維素為模板,進行碳化處理得到碳納米棒。研究了碳化溫度對碳納米棒的形貌、比表面積、電化學(xué)及電吸附性能的影響。結(jié)果表明,隨碳化溫度上升,其比表面積和電荷傳輸性能都有了明顯的改善。1200℃高溫碳化的碳納米棒展現(xiàn)了良好的電吸附性能,在初始濃度為500 mg l-1的NaCl溶液中具有15.12 mg g-1的比吸附量。進一步對碳納米棒進行氮摻雜,研究了氮摻雜溫度對材料的形貌、比表面積以及電化學(xué)、電吸附性能的影響。結(jié)果表明,隨著氮摻雜處理溫度升高,氮含量隨之上升,由于氮的摻入,碳納米棒的比表面積以及電荷傳輸性能都得到了明顯的改善。1000℃摻氮處理的碳納米棒具有良好的電吸附性能,在初始濃度為500 mg l-1的NaCl溶液中具有17.62 mg g-1的比吸附量。相對于碳納米棒,氮摻雜碳納米棒的CDI性能有了明顯提升。3.利用冷凍干燥技術(shù)以細菌纖維素為原料,并行碳化處理得到碳納米纖維。研究了碳化溫度對碳納米纖維的形貌、比表面積、電化學(xué)以及電吸附性能的影響。研究結(jié)果表明,隨碳化溫度的上升其比表面積和電荷傳輸性能都有了明顯的改善。800℃高溫碳化的碳納米纖維表現(xiàn)出良好的電吸附性能,在初始濃度為500 mgl-1的NaCl溶液中具有12.81 mg g-1的比吸附量。進一步對碳納米纖維進行氮摻雜提高其電化學(xué)及電吸附性能。研究結(jié)果表明,氮摻雜處理并未破壞其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并且相對于未摻雜碳納米纖維,氮摻雜碳納米纖維的電吸附性能有了明顯的改善,其比吸附量最高達到17.30 mg g-1.4.以金屬有機框架(ZIF-8)為模板,通過碳化處理得到了自身氮摻雜的碳納米多面體。研究了碳化溫度對氮摻雜碳納米多面體的形貌、比表面積、電化學(xué)以及電吸附性能的影響。研究結(jié)果表明,碳化處理后ZIF-8的多面體形貌得到了較好的保持。隨碳化溫度的上升其比表面積和電荷傳輸性能都有了明顯的改善。12.00℃碳化溫度下處理的氮摻雜碳納米多面體表現(xiàn)出良好的電吸附性能,在初始濃度500 mg l-1的NaCl溶液中其比吸附量達到13.86 mg g-1。
[Abstract]:This paper studies the formation , specific surface area , electrochemical and electrical adsorption properties of porous carbon spheres . The results show that the surface area of porous carbon spheres is increased by 20 times . The results show that the surface area of porous carbon spheres is increased by 20 times . The effect of carbonization temperature on the morphology , specific surface area , electrochemical and electrochemical properties of carbon nanofibers was studied .
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TQ127.11

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本文編號：1959334