椰壳炭电极用于电容去离子技术的研究及应用

发布时间：2021-06-24 00:16

　　淡水资源是人类赖以生存的基本物质。但是由于生活工业污水的排放,环境污染日益严重,淡水资源急剧短缺。所以解决可利用水资源的问题至关重要。众所周知,海水资源占据地球上水资源的绝大部分,但是由于海水中含有大量的氯化钠、氯化镁等盐类,并不能被直接利用,需要对其进行淡化后才能使用。其中,电容去离子技术（CDI）由于其具有淡化效果好、成本低和综合效益好的特点被广泛关注。电极是电容去离子中的核心部分,它的性能极大的影响了淡化性能。在选择电极材料时,为保证淡化能力,应选用来源广泛,成本较低的材料。本论文中选用了椰壳和钠锰氧化物作为原材料制备电极。论文将椰壳通过马弗炉煅烧和化学处理后得到了椰壳炭,并将椰壳炭与其他材料一起辊压成片电极。将制备成的电极以CDI模块测试系统对其脱盐性能进行测试研究。溶液的电导率随时间变化,说明CDI模块能够成功的将待测溶液中的盐去除和脱附。在不同盐溶液流速情况下,溶液电导率首先下降较快,接着逐渐趋于平缓。电导率随着溶液流速的增加下降较快,CDI效果逐渐变好,但是继续增加溶液的流速至35 r时,CDI效果变差。综合能耗与效益最大化,30 r（10mL/min）的流速为最优选择。... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：50 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

CDI的原理示意图

1.3.2 基于双电极布局的 CDI 测试几何模型大多数实验工作在CDI 使用设计有两个多孔碳膜电极与一个典型的厚度1～5 mm，彼此平行放在这样一个小平面电极之间的差距是在沿着电极通过可以流。这种设计是经典的 CDI 几何，有不同的名称，如“流经电容器技术或“流经”CDI，如图 1.2a 所示。这种电极既可以作为独立的薄膜构建，也以直接涂覆在柔性集电体上，如石墨箔[26, 27]。可以测试单个单元格对，也可构造多个单元格对的模块。在这种情况下，每个电极与两个多孔体接触电极（边一个）相对，阳极—阴极的顺序从一个电池倒向堆栈中的下一个。虽然参文献中描述了具有不同合成条件的电极对，但通常每个电极对在单元中是相的[28-33]。最近，文献中[34]引入了一种不同的不对称电池几何结构，即使用的极与阳极的质量比不是 1，而是 2 和 3（反之亦然，1/2 和 1/3），并将海水淡性能与两个电极质量相等的对称系统进行比较。(a)a））(b)

图 1.3 单通实验与批处理模式实验(a) 单道实验（SP 法） (b) 批量模式实验（BM 法）3.4 基于电极间电荷转移的建模在另一种方法中，经典的双电层（EDL）理论对于电容性，理想的极化，是描述电池的电荷电压和盐电压特性的出发点。在第一个近似中，假设电荷碳电极中的电子电荷有关，与离子电荷（水相中的离子）有关，两者相互补图1.4 所示。由于化学离子吸附或碳氧化还原化学引起的一级接近表面电荷被，见图 1.5，因此，当材料不带电时，存在 EDL 上的电压降为零。基于纳恩-普朗克方程的电动力学模型可以用来量化这一过程的动力学。虽然在第一次中忽略了化学离子吸附和碳氧化还原化学的影响，但可以纳入更详细的模型。


本文编号：3245953