石墨烯/碳纳米纤维的电纺合成与电容脱盐性能的研究
发布时间：2022-02-26 21:41
随着世界人口持续增长,各国工业不断的发展,现在很多国家都面临着淡水资源不足的危机,海水淡化成为解决问题的主要方式。电容去离子技术是一种低能耗、环保、高效的海水淡化高新技术,它是利用双电层原理进行吸附和脱盐的一种新型水处理技术。该技术的核心和关键是高性能碳材料电极的制备。本课题以氧化石墨和聚丙烯腈为原料,通过静电纺丝方法成功的制备出一种新型的石墨烯/碳纳米纤维电极材料,对石墨烯/碳纳米纤维进行一系列表征,并重点研究石墨烯对碳纳米纤维的影响以及新型电极的吸附脱盐性能。本文首先利用静电纺丝法制备出氧化石墨/聚丙烯腈纳米纤维材料,通过SEM和Raman研究氧化石墨的添加对纳米纤维的结构及性能的影响。研究发现,氧化石墨的添加使纳米纤维的直径变细,氧化石墨与纤维之间以包裹、嵌入和游离三种方式连接,分析发现氧化石墨与聚丙烯腈纤维的连接形成一个“面到线”的网络结构,这种结构增强了电极的导电性能;TG-DTA曲线分析发现,刚性片层结构的氧化石墨提高了聚丙烯腈纳米纤维的热稳定性以及热效应。将氧化石墨/聚丙烯腈纳米纤维在不同温度下进行预氧化,再在不同温度下进行碳化,通过SEM分析确定预氧化及碳化工艺参数,结...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 除盐方法概述
1.2.1 反渗透法
1.2.2 离子交换法
1.2.3 蒸馏法
1.2.4 电渗析法
1.3 电容吸附去离子法
1.3.1 电容去离子技术的发展历史
1.3.2 电容去离子技术的原理
1.3.3 电极材料
1.4 静电纺丝技术
1.5 本课题的研究意义及主要内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 主要内容
第2章 实验材料与研究方法
2.1 实验原料及仪器设备
2.1.1 实验主要原料
2.1.2 仪器设备
2.2 实验装置与方法
2.2.1 实验装置
2.2.2 实验用水
2.3 石墨烯/碳纳米纤维电极的制备
2.4 材料成分、结构及形貌表征
2.4.1 电导率测定溶液中离子浓度
2.4.2 X射线衍射
2.4.3 热重-差热分析
2.4.4 扫描电子显微镜
2.4.5 氮气吸附脱附测试
2.4.6 力学性能测试
第3章 电纺纤维及其碳纳米纤维的制备
3.1 引言
3.2 掺杂剂的选择
3.3 纳米纤维的制备
3.3.1 氧化石墨的制备
3.3.2 静电纺丝工艺参数的研究
3.4 纳米纤维的结构表征
3.4.1 纳米纤维的SEM分析
3.4.2 纳米纤维的Raman分析
3.5 石墨烯/碳纳米纤维的制备
3.5.1 纳米纤维的预氧化
3.5.2 纳米纤维的碳化
3.6 碳纳米纤维的结构表征与性能研究
3.6.1 碳纳米纤维的SEM分析
3.6.2 碳纳米纤维的TEM分析
3.6.3 碳纳米纤维的XRD分析
3.6.4 碳纳米纤维的Raman分析
3.6.5 碳纳米纤维的比表面积分析
3.6.6 碳纳米纤维的电导率分析
3.6.7 碳纳米纤维的力学性能分析
3.7 本章小结
第4章 石墨烯/碳纳米纤维的电容脱盐性能的研究
4.1 引言
4.2 电极对电容去离子除盐效率的影响
4.2.1 电极对数对除盐效率的影响
4.2.2 电极间距对电极除盐效率的影响
4.3 工作电压对电极除盐效率的影响
4.4 溶液流速对电极除盐效率的影响
4.5 氧化石墨对电极除盐效率的影响
4.6 实验电极与其它碳电极的对比
4.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国海水淡化进展与展望[J]. 杨尚宝. 水处理技术. 2014(12)
[2]反渗透技术在电厂大型水处理项目中的应用[J]. 仲惟雷,周艾蕾,康燕,张金龙,沈广录,刘枫,金焱,吴宗策,梁松苗. 工业水处理. 2014(09)
[3]风能反渗透海水淡化技术研究进展[J]. 邵天宝,王生辉,吴水波,赵河立. 中国给水排水. 2014(06)
[4]我国海水淡化产业进展[J]. 王琪,郑根江,谭永文. 水处理技术. 2014(01)
[5]海水淡化技术现状及展望[J]. 邬晓龄,黄肖容,邓尧. 当代化工. 2012(09)
[6]电容去离子脱盐技术:离子交换膜复合活性炭电极的性能[J]. 刘红,王刚,王六平,董强,于畅,邱介山. 化工学报. 2012(05)
[7]孔径分布和溶液浓度对碳气凝胶电极电吸附除盐性能的影响分析[J]. 李智,张玉先. 环境科学学报. 2008(05)
[8]超滤/电渗析法处理驱采污水与回用[J]. 王北福,于水利,聂立宏,镇祥华,梁春圃. 中国给水排水. 2005(10)
[9]电纺丝技术——一种高效低耗的纳米纤维制备方法[J]. 王永芝,杨清彪,杜建时,王书刚,李耀先,王策. 化工新型材料. 2005(06)
[10]静电纺丝技术及其应用[J]. 师奇松,于建香,顾克壮,马春宝,刘太奇. 化学世界. 2005(05)
博士论文
[1]基于石墨烯及其复合物电极的电容去离子技术研究[D]. 李海波.华东师范大学 2012
[2]电去离子过程的数学模拟的研究[D]. 陆君.天津大学 2009
[3]碳纳米管电化学特性及去离子电容应用研究[D]. 王新征.华东师范大学 2006
硕士论文
[1]无膜电去离子（MFEDI）技术制备高纯水研究[D]. 肖艳.浙江大学 2013
[2]废水中重金属离子在胶团强化超滤过程中竞争吸附的研究[D]. 贺宋保.湖南大学 2012
[3]静电纺丝制备酚醛基碳纤维毡及其电容式脱盐性能[D]. 王磊.清华大学 2012
[4]超级活性炭电极用于电容去离子技术性能研究[D]. 刘红.大连理工大学 2011
[5]活性炭纤维电极电吸附脱盐研究[D]. 马爱鹏.河北工程大学 2011
[6]电纺法制备PAN基大比表面积活性纳米碳纤维[D]. 周晓松.哈尔滨工业大学 2008
[7]电容去离子技术中活性炭纤维电极体系的研究[D]. 杨慧云.北京工商大学 2006
本文编号：3645027
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 除盐方法概述
1.2.1 反渗透法
1.2.2 离子交换法
1.2.3 蒸馏法
1.2.4 电渗析法
1.3 电容吸附去离子法
1.3.1 电容去离子技术的发展历史
1.3.2 电容去离子技术的原理
1.3.3 电极材料
1.4 静电纺丝技术
1.5 本课题的研究意义及主要内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 主要内容
第2章 实验材料与研究方法
2.1 实验原料及仪器设备
2.1.1 实验主要原料
2.1.2 仪器设备
2.2 实验装置与方法
2.2.1 实验装置
2.2.2 实验用水
2.3 石墨烯/碳纳米纤维电极的制备
2.4 材料成分、结构及形貌表征
2.4.1 电导率测定溶液中离子浓度
2.4.2 X射线衍射
2.4.3 热重-差热分析
2.4.4 扫描电子显微镜
2.4.5 氮气吸附脱附测试
2.4.6 力学性能测试
第3章 电纺纤维及其碳纳米纤维的制备
3.1 引言
3.2 掺杂剂的选择
3.3 纳米纤维的制备
3.3.1 氧化石墨的制备
3.3.2 静电纺丝工艺参数的研究
3.4 纳米纤维的结构表征
3.4.1 纳米纤维的SEM分析
3.4.2 纳米纤维的Raman分析
3.5 石墨烯/碳纳米纤维的制备
3.5.1 纳米纤维的预氧化
3.5.2 纳米纤维的碳化
3.6 碳纳米纤维的结构表征与性能研究
3.6.1 碳纳米纤维的SEM分析
3.6.2 碳纳米纤维的TEM分析
3.6.3 碳纳米纤维的XRD分析
3.6.4 碳纳米纤维的Raman分析
3.6.5 碳纳米纤维的比表面积分析
3.6.6 碳纳米纤维的电导率分析
3.6.7 碳纳米纤维的力学性能分析
3.7 本章小结
第4章 石墨烯/碳纳米纤维的电容脱盐性能的研究
4.1 引言
4.2 电极对电容去离子除盐效率的影响
4.2.1 电极对数对除盐效率的影响
4.2.2 电极间距对电极除盐效率的影响
4.3 工作电压对电极除盐效率的影响
4.4 溶液流速对电极除盐效率的影响
4.5 氧化石墨对电极除盐效率的影响
4.6 实验电极与其它碳电极的对比
4.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国海水淡化进展与展望[J]. 杨尚宝. 水处理技术. 2014(12)
[2]反渗透技术在电厂大型水处理项目中的应用[J]. 仲惟雷,周艾蕾,康燕,张金龙,沈广录,刘枫,金焱,吴宗策,梁松苗. 工业水处理. 2014(09)
[3]风能反渗透海水淡化技术研究进展[J]. 邵天宝,王生辉,吴水波,赵河立. 中国给水排水. 2014(06)
[4]我国海水淡化产业进展[J]. 王琪,郑根江,谭永文. 水处理技术. 2014(01)
[5]海水淡化技术现状及展望[J]. 邬晓龄,黄肖容,邓尧. 当代化工. 2012(09)
[6]电容去离子脱盐技术:离子交换膜复合活性炭电极的性能[J]. 刘红,王刚,王六平,董强,于畅,邱介山. 化工学报. 2012(05)
[7]孔径分布和溶液浓度对碳气凝胶电极电吸附除盐性能的影响分析[J]. 李智,张玉先. 环境科学学报. 2008(05)
[8]超滤/电渗析法处理驱采污水与回用[J]. 王北福,于水利,聂立宏,镇祥华,梁春圃. 中国给水排水. 2005(10)
[9]电纺丝技术——一种高效低耗的纳米纤维制备方法[J]. 王永芝,杨清彪,杜建时,王书刚,李耀先,王策. 化工新型材料. 2005(06)
[10]静电纺丝技术及其应用[J]. 师奇松,于建香,顾克壮,马春宝,刘太奇. 化学世界. 2005(05)
博士论文
[1]基于石墨烯及其复合物电极的电容去离子技术研究[D]. 李海波.华东师范大学 2012
[2]电去离子过程的数学模拟的研究[D]. 陆君.天津大学 2009
[3]碳纳米管电化学特性及去离子电容应用研究[D]. 王新征.华东师范大学 2006
硕士论文
[1]无膜电去离子（MFEDI）技术制备高纯水研究[D]. 肖艳.浙江大学 2013
[2]废水中重金属离子在胶团强化超滤过程中竞争吸附的研究[D]. 贺宋保.湖南大学 2012
[3]静电纺丝制备酚醛基碳纤维毡及其电容式脱盐性能[D]. 王磊.清华大学 2012
[4]超级活性炭电极用于电容去离子技术性能研究[D]. 刘红.大连理工大学 2011
[5]活性炭纤维电极电吸附脱盐研究[D]. 马爱鹏.河北工程大学 2011
[6]电纺法制备PAN基大比表面积活性纳米碳纤维[D]. 周晓松.哈尔滨工业大学 2008
[7]电容去离子技术中活性炭纤维电极体系的研究[D]. 杨慧云.北京工商大学 2006
本文编号：3645027
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