稻壳基电容炭材料用于电容去离子技术的研究

发布时间：2017-12-19 16:35

  本文关键词：稻壳基电容炭材料用于电容去离子技术的研究　出处：《吉林大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：海水和苦咸水淡化目前已经成为全球许多国家特别是阿拉伯地区淡水供应的主要战略。过去几十年,多级闪蒸(MSF),反渗透(RO)等技术在降低成本,增加通量和选择性,减少污染等方面不断改进,但仍存在能耗高,二次污染,成本大等问题。而在众多传统能量密集型去离子技术中,电容去离子技术(CDI)以其低能耗和环境友好等特性被认为是最具发展潜力的一项脱盐技术。CDI利用多孔碳电极的电吸附过程,在电场的作用下去除溶液中的带电可溶物,其在操作阶段不需高压泵,同时在脱附阶段可实现能量回收。而稻壳作为一种来源广,成本低的材料,由其制备得到的稻壳基电容炭(RHC)具有高比表面积,高比电容的特性。因而本文以实现RHC用于电容去离子技术的应用为目标,探究RHC用于CDI的技术原理与应用条件。首先通过氮气吸/脱附(BET),扫描电镜(SEM)等物理方法表征出RHC具有丰富的孔道结构及高比表面积,循环伏安测试中表现出规整的矩形,展现出良好的电容性,具备作为CDI电极材料的基本属性。通过控制单因素变量(输入盐水溶液的流速,输入盐水溶液的浓度以及操作模式)来研究影响CDI性能的基本条件:流速较低有利于离子的充分静电吸附;在浓度较高的溶液中电极材料电容值更大且欧姆电阻较低,进而吸附容量较高;尤其是通过研究不同操作模式的优缺点提出先恒流再恒压的操作方法,不仅可以保证吸附容量,而且能够有效降低能耗。RHC在1.0V恒压下,10mM的NaCl溶液中的的吸附容量值为9.7mg/g,将其与商业碳布测试结果(5.85mg/g),以及相应文献数据对比,表明RHC作为CDI电极材料具有较强的竞争力。其次由于利用RHC制作的电极有轻微脱粉现象,针对这一情况,本文发展了稻壳炭-碳布复合电极的制作方法,即在稻壳炭电极表面复合一层碳布,这不仅可以有效抑制脱粉现象,而且增加了单位面积的碳负载量,使离子去除率由34.91%提升到72.32%(在1.0V,5mM的Na Cl溶液中)。在实际应用中CDI将用于处理含不同成分的盐水溶液,因而本文最后研究了CDI对于不同阴阳离子的处理能力。不同离子的水合半径,所带电荷数均有差异,水合半径小的离子空间效果有利,电荷数高的离子与电极间的静电力强,因而提出参数Z(离子水合半径与其所带电荷数的比值)来表达这两种因素的共同作用,即Z值越小,等价吸附容量(离子吸附容量与电荷数的乘积)越大。同时研究亦发现稻壳炭-碳布复合电极对不同阴阳离子的吸附规律与RHC电极相一致。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P747;TQ127.11

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本文编号：1308671