濾芯材料及其衍生物在電容去離子中的應用
發(fā)布時間：2022-01-22 13:01
電容去離子技術（Capacitive Deionization,CDI）是一種低能耗、低成本、綠色環(huán)保的新興脫鹽技術,且擁有離子級別的可操作性,在水處理領域具有無限的發(fā)展?jié)摿?目前對其研究主要集中在電極材料、器件結構、理論模擬等方面。濾芯材料大部分為多孔材料,且部分材料具有特殊的分離功能,將濾芯材料結合到電容去離子技術中可以給二者帶來更多的可能性。本文從器件結構和電極材料角度入手,把特定濾芯材料及其衍生物應用到電容去離子技術中,旨在發(fā)掘CDI新器件在水資源合理利用中的潛能,并且尋找更環(huán)保的電極材料:從器件結構角度出發(fā),將具有一、二價離子分離功能的納濾濾芯材料與CDI器件相結合,充分利用CDI可低能耗進行離子吸脫附的優(yōu)勢,發(fā)展可實現一二價離子高效分離的低能耗新型CDI衍生器件（Capacitive Deionization with Nanofiltration,NFCDI）。對添加納濾濾芯前后CDI對一二價離子的吸附能力進行了實驗和理論的研究,得出成功分離的關鍵是離子擴散系數的差異。實驗得到NFCDI分離一二價離子的最佳吸附時長是1.5小時,可將等離子濃度混合溶液中一二價離子的濃度比提...
【文章來源】：華東師范大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
淡化技術分類示意圖
2020年華東師范大學碩士學位論文3析法中使用了多對離子交換膜對，價格昂貴且能耗也較高，冷凍法在分離冰水混合物時不易于進行機械操作，太陽能蒸發(fā)法還在發(fā)展中，目前效率較低。本論文中的主角電容去離子技術仍在發(fā)展階段，由于它的核心是利用電場力對鹽水中的離子進行吸附和脫附，所以擁有能耗超低（0.2kWh/m3）[25]、低成本、綠色環(huán)保的優(yōu)勢，并且擁有更多的離子層面操作的可行性。1.2電容去離子技術研究概況圖1-2電容去離子結構示意圖Figure1-2SchematicdrawingoftheCDIcell.電容去離子技術（CapacitiveDeionization,CDI）[26-29]是近年來發(fā)展迅速的一種淡化脫鹽技術和水處理技術，它的結構如圖1-2所示,在兩塊平行相對放置的多孔碳電極之間通入濃鹽水，并且在兩個極板之間加一個額定電壓（通常小于等于1.2V，因為小于電解水的理論電壓1.23V[20]），鹽水中的陽離子就會向負極（陽極）遷移，陰離子就會向正極（陰極）遷移，并且被儲存在電極微孔和固液界面上形成的雙電層（ElectricalDoubleLayers,EDLs）中，就可以在出水端獲得淡水。如果去掉這個外加電壓，通入適量的去離子水，并且將陰陽極短接或者施加一個反向電壓，儲存在雙電層中的離子就會被釋放出來，就可以在出水端獲得濃鹽水。這樣的運作模式可以讓我們在獲取淡水的同時，獲取高濃度的副產物，使得電容去離子技術擁有更廣闊的應用前景[30]。VcellElectricalcurrentCurrentcollectorCurrentcollector-Porouscarbonelectrode-+Porouscarbonelectrode+SalineWaterFreshWater
2020年華東師范大學碩士學位論文5電極材料的研究，尋找適合CDI的經濟環(huán)保、脫鹽率高的電極材料[48,49]；還有對CDI的各種衍生器件的研究，不僅為了進一步提高脫鹽率，例如通過添加離子交換膜等[31,50-53]，還有探究CDI在水處理領域更多的應用場景[20,27,30]；一直持續(xù)的還有對電容去離子的理論研究[51,54-56]。1.2.2CDI的器件結構在CDI的發(fā)展過程中，涌現出很多創(chuàng)新的器件結構（如圖1-3所示），給CDI帶來了很多獨特的特性和創(chuàng)新的功能[27]。圖1-3CDI的常見器件結構,(A)-(D)是靜態(tài)電極CDI，包括（A）平行板結構，(B)流通式結構，(C)膜電容去離子和(D)反向電容去離子。（E）和（F）是使用不
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Filter Paper-Derived Three-Dimensional Carbon Fibers Film Supported Fe3O4 as a Superior Binder-Free Anode Material for High Performance Lithium-Ion Batteries[J]. PENG Xue,CUI Dongming,ZHENG Zhong,MA Qian,YUAN Liangjie. Wuhan University Journal of Natural Sciences. 2018(05)
[2]從低能耗脫鹽到資源回收的電容去離子技術在環(huán)境領域的研究進展[J]. 王凱軍,房闊,宮徽,何文妍. 環(huán)境工程學報. 2018(08)
[3]國內外家用凈水器及活性炭濾芯的技術標準現狀分析[J]. 丁秋華,何歡,任凌穎,王蒙蒙. 凈水技術. 2017(11)
[4]電容去離子技術綜述（一）:理論基礎[J]. 黃寬,唐浩,劉丹陽,朱斯宇,任智勇. 環(huán)境工程. 2016(S1)
[5]電容去離子技術綜述（二）:電極材料[J]. 黃寬,唐浩,劉丹陽,朱斯宇,任智勇. 環(huán)境工程. 2016(S1)
[6]電容去離子技術及其電極材料研究進展[J]. 趙飛,苑志華,鐘鷺斌,李景印,鄭煜銘. 水處理技術. 2016(05)
[7]基于阻力的齒輪型木纖維尾氣微粒捕集器濾芯設計及試驗[J]. 郭秀榮,梁中鈺,杜丹豐,亓占豐,李明寶,劉躍雄. 農業(yè)工程學報. 2015(05)
[8]石墨帶電極在電容法脫鹽中的吸附特性研究[J]. 趙雅靜,王越,徐世昌,吳雅菲,王汝國. 水處理技術. 2013(11)
[9]電化學基礎（Ⅲ）——雙電層模型及其發(fā)展[J]. 吳旭冉,賈志軍,馬洪運,廖斯達,王保國. 儲能科學與技術. 2013(02)
[10]丙烯酸表面修飾聚丙烯濾芯棉的制備和吸附性能[J]. 李愛雪,趙常禮,劉長風,朱曉薇. 材料研究學報. 2013(01)
碩士論文
[1]炭化微米木纖維濾芯性能影響因素理論與試驗研究[D]. 王冬冬.東北林業(yè)大學 2013
本文編號：3602241
【文章來源】：華東師范大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
淡化技術分類示意圖
2020年華東師范大學碩士學位論文3析法中使用了多對離子交換膜對，價格昂貴且能耗也較高，冷凍法在分離冰水混合物時不易于進行機械操作，太陽能蒸發(fā)法還在發(fā)展中，目前效率較低。本論文中的主角電容去離子技術仍在發(fā)展階段，由于它的核心是利用電場力對鹽水中的離子進行吸附和脫附，所以擁有能耗超低（0.2kWh/m3）[25]、低成本、綠色環(huán)保的優(yōu)勢，并且擁有更多的離子層面操作的可行性。1.2電容去離子技術研究概況圖1-2電容去離子結構示意圖Figure1-2SchematicdrawingoftheCDIcell.電容去離子技術（CapacitiveDeionization,CDI）[26-29]是近年來發(fā)展迅速的一種淡化脫鹽技術和水處理技術，它的結構如圖1-2所示,在兩塊平行相對放置的多孔碳電極之間通入濃鹽水，并且在兩個極板之間加一個額定電壓（通常小于等于1.2V，因為小于電解水的理論電壓1.23V[20]），鹽水中的陽離子就會向負極（陽極）遷移，陰離子就會向正極（陰極）遷移，并且被儲存在電極微孔和固液界面上形成的雙電層（ElectricalDoubleLayers,EDLs）中，就可以在出水端獲得淡水。如果去掉這個外加電壓，通入適量的去離子水，并且將陰陽極短接或者施加一個反向電壓，儲存在雙電層中的離子就會被釋放出來，就可以在出水端獲得濃鹽水。這樣的運作模式可以讓我們在獲取淡水的同時，獲取高濃度的副產物，使得電容去離子技術擁有更廣闊的應用前景[30]。VcellElectricalcurrentCurrentcollectorCurrentcollector-Porouscarbonelectrode-+Porouscarbonelectrode+SalineWaterFreshWater
2020年華東師范大學碩士學位論文5電極材料的研究，尋找適合CDI的經濟環(huán)保、脫鹽率高的電極材料[48,49]；還有對CDI的各種衍生器件的研究，不僅為了進一步提高脫鹽率，例如通過添加離子交換膜等[31,50-53]，還有探究CDI在水處理領域更多的應用場景[20,27,30]；一直持續(xù)的還有對電容去離子的理論研究[51,54-56]。1.2.2CDI的器件結構在CDI的發(fā)展過程中，涌現出很多創(chuàng)新的器件結構（如圖1-3所示），給CDI帶來了很多獨特的特性和創(chuàng)新的功能[27]。圖1-3CDI的常見器件結構,(A)-(D)是靜態(tài)電極CDI，包括（A）平行板結構，(B)流通式結構，(C)膜電容去離子和(D)反向電容去離子。（E）和（F）是使用不
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Filter Paper-Derived Three-Dimensional Carbon Fibers Film Supported Fe3O4 as a Superior Binder-Free Anode Material for High Performance Lithium-Ion Batteries[J]. PENG Xue,CUI Dongming,ZHENG Zhong,MA Qian,YUAN Liangjie. Wuhan University Journal of Natural Sciences. 2018(05)
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[4]電容去離子技術綜述（一）:理論基礎[J]. 黃寬,唐浩,劉丹陽,朱斯宇,任智勇. 環(huán)境工程. 2016(S1)
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[6]電容去離子技術及其電極材料研究進展[J]. 趙飛,苑志華,鐘鷺斌,李景印,鄭煜銘. 水處理技術. 2016(05)
[7]基于阻力的齒輪型木纖維尾氣微粒捕集器濾芯設計及試驗[J]. 郭秀榮,梁中鈺,杜丹豐,亓占豐,李明寶,劉躍雄. 農業(yè)工程學報. 2015(05)
[8]石墨帶電極在電容法脫鹽中的吸附特性研究[J]. 趙雅靜,王越,徐世昌,吳雅菲,王汝國. 水處理技術. 2013(11)
[9]電化學基礎（Ⅲ）——雙電層模型及其發(fā)展[J]. 吳旭冉,賈志軍,馬洪運,廖斯達,王保國. 儲能科學與技術. 2013(02)
[10]丙烯酸表面修飾聚丙烯濾芯棉的制備和吸附性能[J]. 李愛雪,趙常禮,劉長風,朱曉薇. 材料研究學報. 2013(01)
碩士論文
[1]炭化微米木纖維濾芯性能影響因素理論與試驗研究[D]. 王冬冬.東北林業(yè)大學 2013
本文編號：3602241
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