電容脫鹽技術(shù)是基于電化學雙電層原理的一種新興、節(jié)能的脫鹽技術(shù),具有所需電壓低、能耗小和無二次污染等優(yōu)點,受到國內(nèi)外研究學者的廣泛關(guān)注。多孔炭由于原料來源廣、廉價易得、比表面積大、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)和物理化學性質(zhì)穩(wěn)點等優(yōu)點,常被用于電容脫鹽。在多孔炭中,微孔為材料提供大的比表面積,有利于脫鹽量提高,但微孔孔徑較小,不利于離子的傳輸;中孔孔徑較大,離子擴散阻力小,有利于快速脫鹽,其表面積利用率高,但中孔炭的比表面積較小,脫鹽量有限;大孔的比表面積很有限,對脫鹽的貢獻可以忽略,但大孔會減小離子的傳輸路徑,加快脫鹽速度。因此,具有微孔-中孔-大孔的分級多孔炭兼具高的脫鹽容量和快速的脫鹽速率。本論文采用模板法,活化法制備了三種不同的分級多孔炭,考察了它們的電容脫鹽性能,具體內(nèi)容如下:(1)以檸檬酸為炭前驅(qū)體,乙酸鎳為模板,通過靜電紡絲、固化、炭化和酸洗等過程,制備出中孔率高、表面具有炭殼的分級多孔納米炭纖維。當檸檬酸與乙酸鎳的質(zhì)量比為1:1.5時,所得分級多孔納米炭纖維的平均直徑為88.7 nm,比表面積、孔容積和中孔率分別達到218 m2/g、0.40 cm3/g和84.90%;電極片的單循環(huán)脫鹽量和單位比表面積的脫鹽量分別達到6.28 mg/g和0.089 mg/m2。(2)以檸檬酸鐵為炭前驅(qū)體,KOH為活化劑,通過對檸檬酸鐵直接一步炭化或一步炭化活化分別制備出分級多孔炭,并對活化后的多孔炭進行硝酸表面改性。檸檬酸鐵經(jīng)活化后孔徑分布增加到16 nm左右;比表面積、孔容積和中孔率分別達到2140 m2/g、2.86 cm3/g和82.87%;AC的單循環(huán)脫鹽量和單位比表面積的脫鹽量分別達到6.13 mg/g和0.0089 mg/m2。表面氧化后的多孔炭親水性得到有效改善,接觸角減小到104.4°,比表面積、孔容積和中孔率分別達到1960 m2/g、2.28 cm3/g和78.07%;AC-N的單循環(huán)脫鹽量和單位比表面積的脫鹽量分別達到7.47 mg/g和0.01 18 mg/m2。研究發(fā)現(xiàn)中孔炭比微孔炭更有利于電容脫鹽量的提高。(3)通過對高硫石油焦進行一步KOH活化和酸洗等過程,制備出不同含硫量的分級多孔炭。當石油焦與KOH的質(zhì)量比為1:2時,比表面積、孔容積、中孔率和含硫量分別達到1051 m2/g、0.56 cm3/g、35.71%和1.07%;AC-2的單循環(huán)脫鹽量和單位比表面積的脫鹽量分別達到5.00 mg/g和0.015 mg/m2。研究發(fā)現(xiàn)含硫官能團能有效改善樣品的脫鹽量。
【學位單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ127.11;TQ085.41
【部分圖文】：

圖１－２海水淡化技術(shù)??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｅａｗａｔｅｒ?ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??

１．３脫鹽的主要方法??在過去的幾十年中，海水淡化技術(shù)取得了長足的進步，涌現(xiàn)出各種各樣的淡水??獲取技術(shù)，如蒸餾法、膜法、電容脫鹽法、冷凍法和離子交換發(fā)等等，如圖１－２所??示。到目前為止，能夠利用的海水淡化技術(shù)非常多，其中主要的脫鹽方法有熱蒸餾??法、膜分離法和電容脫鹽法等。由于各種脫鹽的機理各不相同，在脫鹽量、脫鹽效??率和成本效益上各有優(yōu)缺點［３，１（Ｍ２］。??海水淡化法??＼＼?ｉ?Ｌ￣ｔ?１??５節(jié)?＇冷?氧??它容?ｉ?膜?ｐ??方脫法?｜??法鹽?広広??ｇ?Ｓ?Ｓ?ｉ?Ｓ?Ｓ?１５１??ｉ?ｉ?＾?１?１?１?Ｉ?Ｓ??ｋ?？??法??圖１－２海水淡化技術(shù)??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｅａｗａｔｅｒ?ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??１．３．１蒸餾法??蒸餾法是人類最初利用的淡水獲取技術(shù)，又稱為蒸發(fā)法，主要原理是利用液體??混合物中不同物質(zhì)的沸點不同，使低沸點的水在加熱條件下蒸發(fā)為水蒸氣然后再冷??凝為液態(tài)水從而達到分離、提純的效果。經(jīng)過多年來的不斷發(fā)展，蒸餾法技術(shù)已經(jīng)??３??

離子即可回到溶液中，使電極再生。在１９８５年，德國物理學家Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ最早提出??將這種電極－溶液－電極界面看作是一個平板電容器模型的理論，其中兩電極間的溶??液被看作電容器之間的介質(zhì)分離層［２３］，如圖１－４?（ａ）所示。Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ認為在電容??器兩端加上電壓后，電極表面會產(chǎn)生剩余的靜電荷，從而形成一個電場，當溶液經(jīng)??過電容脫鹽裝置時，離子吸附在電極上，由于位壘的存在，兩種電荷并不會發(fā)生電??中和作用，只在電極表面形成一個界面層，從而去除離子。Ｃｈａｐｍａｎ和Ｇｏｕｙ在??Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ的理論上，提出了擴散雙電層理論模型［２７］，如圖１－４?（ｂ）所示。該理論??將布朗運動考慮在內(nèi)，提出了擴散層的概念，認為離子被吸附到電極表面以后，會??在在電極表面形成一個幾納米的擴散層，在擴散層中作布朗運動，而不是被吸附在??電極表面靜止不動。Ｓｔｅｍ在丨９２４年將上述兩種模型相結(jié)合，建立了?Ｓｔｅｒｎ模型［２８］，??如圖１－４?（ｃ）所示。該模型將雙電層分為內(nèi)層和外層
【參考文獻】

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本文編號：2840527