电容法脱盐用聚吡咯复合电极材料制备与性能研究

发布时间：2020-03-25 17:08

【摘要】：电容法海水淡化(CDI)技术的核心部件是具有高比电容和大吸附量的电极，开发吸附性能优异的电极材料是CDI技术发展的关键。本论文采用化学氧化法，以碳纳米管为基体制备聚吡咯/碳纳米管(PPy/CNT)复合电极材料，研究制备条件对其性能的影响。研究发现：FeCl3浓度在0.210-0.270M范围内，Py浓度在0.040-0.162M范围内，CNT浓度在2.000-4.000g/L范围内时，可获得线径均匀结构稳定的PPy/CNT复合纳米线；PPy/CNT的导电率、比电容和比吸附量随FeCl_3浓度和Py浓度的增大先增大后减小；PPy/CNT导电率随CNT浓度增大而增大，比电容和比吸附量随CNT浓度变化不显著。PPy/CNT的最优制备条件为：FeCl_3浓度0.210M，，Py浓度0.121M，CNT浓度3.200g/L。采用循环伏安法，以1.0MKCl为电解质，扫描电压-0.2-0.6V，扫描频率0.005V/s的条件下，测得最佳条件下制得的PPy/CNT的比电容为163.6F/g；以500ppm NaCl为模型溶液，在极间电压1.4V，极间距1.5cm，吸附时间900s条件下测得其比吸附量为49.7mg/g。选用Cl-、p-TS-和DBS-为掺杂离子，采用电化学方法制备了不同离子掺杂的聚吡咯(PPy-Cl、PPy-p-TS、PPy-DBS)，研究了掺杂离子对PPy性能的影响。研究发现：PPy-Cl和PPy-DBS均为球状颗粒，而PPy-p-TS为二维片状结构颗粒；与PPy-Cl和PPy-DBS相比，PPy-p-TS具有较大的比表面积和较高的导电性，电化学阻抗最小；PPy-p-TS的离子交换量为285.5mg/g，分别是PPy-Cl和PPy-DBS的2.70倍和3.44倍。上述结果表明当选用p-TS-为掺杂离子时，PPy的综合性能最佳，有利于提高PPy的吸附性能。此外，本论文在PANI分散体系中直接制备PPy/PANI复合电极材料，研究制备条件对PPy/PANI复合材料性能的影响规律，获得了高比电容PPy/PANI复合材料的最佳制备条件，并考察了其脱盐性能。结果表明：介质酸种类对PPy/PANI的形貌有重要影响，介质酸为HClO_4或HCl时，PPy/PANI为纳米线，而当介质酸为H_2SO_4时，PPy/PANI为珊瑚状形貌；以HClO_4为介质酸时，PPy/PANI复合材料的比表面积、孔容及比电容均最大，阻抗最小；随HClO_4浓度和APS浓度的增大，电化学阻抗和比电容均先增大后减小；以1.500M HClO_4为介质酸，APS浓度为0.575M时，PPy/PANI复合材料综合性能最佳其比电容高达341.4F/g，比吸附量为46.75mg/g，再生率为95.4%。
【图文】：

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并进入冷凝器中被冷凝成产品水，由此而实现海水的脱盐。此脱盐技术具有性价比高，对原水预处理水平要求不高，且为低温热驱等优势。图1-1 太阳能吸附式海水淡化系统的示意图Fig.1-1 Schematic of the adsorption type solar seawater desalination technology

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用于海水淡化的可行性研究，此后该技术再度引起人们的高度关注。1.3.1 电容法海水淡化技术原理CDI 技术是一种电化学控制的海水淡化技术，其核心器件是由一对具有高吸附量电极组成的流通电容器-FTC (Flow-Through Capacitor)，通过 FTC 的充电（离子吸附）和放电（离子脱附）过程实现淡化海水。CDI 脱盐过程的工作原理如图1-2 所示。CDI 的工作原理[24]：图 1-2 (a)为离子富集过程。图中 FTC 电极通过外部低压直流电源施加电压当原料液流经两平行电极板间的通道时，原料液中的带电粒子在电场作用下向相反电性电极迁移，并最终在电极上富集，从而使海水中的带电粒子与水分离，达到淡化海水的目的。图 1-2 (b)为排浓过程。FTC 电极达到吸附饱和后，吸附过程结束，将电极短接或互换电极极性,电场消失或方向相反，电极上吸附的离子将解吸并随冲洗液被排放，电极恢复吸附能力得到再生。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P747

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