钠离子插层电极的设计、结构调控及其脱盐性能研究
发布时间：2021-09-18 12:26
目前淡水资源短缺已经成为威胁人类生存、影响经济发展的全球性挑战。海水淡化技术为缓解淡水危机提供了有效的方法。工业上占主导地位的海水淡化技术主要包括:多级闪蒸、多效蒸馏和反渗透,然而这些技术仍旧存在能耗高、脱盐效率低和运行费用昂贵等缺点。电容去离子（Capacitive deionization,CDI）是一种基于电化双电层电容模型（Electrochemical Double Layer,EDL）的新兴海水淡化技术。传统CDI以碳材料作为工作电极,使得其脱盐容量和电荷效率不能满足高浓度盐水处理需求。本研究采用钠离子插层材料作为钠离子脱嵌电极,碳材料作为氯离子吸附电极,构筑混合电容去离子（Hybrid Capacitive Deionization,HCDI）系统以提高脱盐性能。HCDI能够引入赝电容反应将钠离子通过化学键嵌入到钠离子插层材料,同时氯离子通过静电作用吸附并储存于双电层中。在此基础上,我们还提出了一种基于赝电容增强的双离子混合电容去离子（Pseudo-capacitive Behavior Induced Dual-ion Hybrid Deionization,Di-HC...
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２电容去离子发展历史概述??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ?ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ?ｏｆ?ＣＤＩ??在最近的几十年内，电极材料研发得到了快速发展同时促进了?ＣＤＩ基衍生方法的产生
制向带有相反电荷的电极处移动并储存于电极与盐溶液表面形成的双电层中，从而达到脱盐或??去除离子目的。在脱附过程中，施加反向的电压或者零电压，电极上表面所吸附的离子又会脱??附到盐水中得到相应的浓缩液，从而实现了?ＣＤＩ电极的再生（如图１－３所示）??？？？海水ｊ?淡水〉二淡水?１浓液??１?？?ｃｉ??？?Ｎａ＋?＊?Ｎｉｒ??吸附过程?脱附过程??图１－３电容去离子示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ＣＤＩ??１．２．３双电层电容理论??双电层（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?Ｄｏｕｂｌｅ?Ｌａｙｅｒ，?ＥＤＬ）是指在工作电极和电解质溶液间存在电荷过??量区域，一部分离子排布在电极表面，另一部分极性相反的离子排布在电解液表面，使得整个??系统呈现电中性。Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ最先提出了?“平板电容器”模型（ＥＤＬ－Ｍｏｄｅｌ），该模型指出工作??电极与电解液表面形成的双电层包括：紧密层（ＣｏｎｄｅｎｓｅＬａｙｅｒ）和扩散层（ＤｉｆｆＵｓｅＬａｙｅｒ）两??部分，同时该模型认为双电层厚度仅为一个离子半径的距离。２０世纪初，Ｇｏｕｙ和Ｃｈａｐｍａｎ对??双电层模型进行了修订并引入托马斯－费米屏蔽效应而提出了?Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ模型，该模型涉及??离子扩散和热运动对电容的影响，完成了对ＥＤＬ－Ｍｏｄｅｌ的补充。１９２４年，Ｓｔｅｍ完成了对Ｇｏｕｙ－??Ｃｈａｐｍａｎ模型的完善工作。如图１＞４所示
制向带有相反电荷的电极处移动并储存于电极与盐溶液表面形成的双电层中，从而达到脱盐或??去除离子目的。在脱附过程中，施加反向的电压或者零电压，电极上表面所吸附的离子又会脱??附到盐水中得到相应的浓缩液，从而实现了?ＣＤＩ电极的再生（如图１－３所示）??？？？海水ｊ?淡水〉二淡水?１浓液??１?？?ｃｉ??？?Ｎａ＋?＊?Ｎｉｒ??吸附过程?脱附过程??图１－３电容去离子示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ＣＤＩ??１．２．３双电层电容理论??双电层（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?Ｄｏｕｂｌｅ?Ｌａｙｅｒ，?ＥＤＬ）是指在工作电极和电解质溶液间存在电荷过??量区域，一部分离子排布在电极表面，另一部分极性相反的离子排布在电解液表面，使得整个??系统呈现电中性。Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ最先提出了?“平板电容器”模型（ＥＤＬ－Ｍｏｄｅｌ），该模型指出工作??电极与电解液表面形成的双电层包括：紧密层（ＣｏｎｄｅｎｓｅＬａｙｅｒ）和扩散层（ＤｉｆｆＵｓｅＬａｙｅｒ）两??部分，同时该模型认为双电层厚度仅为一个离子半径的距离。２０世纪初，Ｇｏｕｙ和Ｃｈａｐｍａｎ对??双电层模型进行了修订并引入托马斯－费米屏蔽效应而提出了?Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ模型，该模型涉及??离子扩散和热运动对电容的影响，完成了对ＥＤＬ－Ｍｏｄｅｌ的补充。１９２４年，Ｓｔｅｍ完成了对Ｇｏｕｙ－??Ｃｈａｐｍａｎ模型的完善工作。如图１＞４所示
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国水资源现状分析与可持续发展对策研究[J]. 刘海书. 黑龙江科技信息. 2017(09)
[2]软模板合成有序介孔碳材料[J]. 刘蕾,袁忠勇. 化学进展. 2014(05)
[3]中国水资源现状分析与可持续发展对策研究[J]. 王瑗,盛连喜,李科,孙弘颜. 水资源与水工程学报. 2008(03)
[4]有序介孔材料的形貌调控及应用研究进展[J]. 乔文婷,周国伟,徐会颖,王延延,李艳敬. 化工进展. 2008(03)
本文编号：3400137
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２电容去离子发展历史概述??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ?ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ?ｏｆ?ＣＤＩ??在最近的几十年内，电极材料研发得到了快速发展同时促进了?ＣＤＩ基衍生方法的产生
制向带有相反电荷的电极处移动并储存于电极与盐溶液表面形成的双电层中，从而达到脱盐或??去除离子目的。在脱附过程中，施加反向的电压或者零电压，电极上表面所吸附的离子又会脱??附到盐水中得到相应的浓缩液，从而实现了?ＣＤＩ电极的再生（如图１－３所示）??？？？海水ｊ?淡水〉二淡水?１浓液??１?？?ｃｉ??？?Ｎａ＋?＊?Ｎｉｒ??吸附过程?脱附过程??图１－３电容去离子示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ＣＤＩ??１．２．３双电层电容理论??双电层（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?Ｄｏｕｂｌｅ?Ｌａｙｅｒ，?ＥＤＬ）是指在工作电极和电解质溶液间存在电荷过??量区域，一部分离子排布在电极表面，另一部分极性相反的离子排布在电解液表面，使得整个??系统呈现电中性。Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ最先提出了?“平板电容器”模型（ＥＤＬ－Ｍｏｄｅｌ），该模型指出工作??电极与电解液表面形成的双电层包括：紧密层（ＣｏｎｄｅｎｓｅＬａｙｅｒ）和扩散层（ＤｉｆｆＵｓｅＬａｙｅｒ）两??部分，同时该模型认为双电层厚度仅为一个离子半径的距离。２０世纪初，Ｇｏｕｙ和Ｃｈａｐｍａｎ对??双电层模型进行了修订并引入托马斯－费米屏蔽效应而提出了?Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ模型，该模型涉及??离子扩散和热运动对电容的影响，完成了对ＥＤＬ－Ｍｏｄｅｌ的补充。１９２４年，Ｓｔｅｍ完成了对Ｇｏｕｙ－??Ｃｈａｐｍａｎ模型的完善工作。如图１＞４所示
制向带有相反电荷的电极处移动并储存于电极与盐溶液表面形成的双电层中，从而达到脱盐或??去除离子目的。在脱附过程中，施加反向的电压或者零电压，电极上表面所吸附的离子又会脱??附到盐水中得到相应的浓缩液，从而实现了?ＣＤＩ电极的再生（如图１－３所示）??？？？海水ｊ?淡水〉二淡水?１浓液??１?？?ｃｉ??？?Ｎａ＋?＊?Ｎｉｒ??吸附过程?脱附过程??图１－３电容去离子示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ＣＤＩ??１．２．３双电层电容理论??双电层（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?Ｄｏｕｂｌｅ?Ｌａｙｅｒ，?ＥＤＬ）是指在工作电极和电解质溶液间存在电荷过??量区域，一部分离子排布在电极表面，另一部分极性相反的离子排布在电解液表面，使得整个??系统呈现电中性。Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ最先提出了?“平板电容器”模型（ＥＤＬ－Ｍｏｄｅｌ），该模型指出工作??电极与电解液表面形成的双电层包括：紧密层（ＣｏｎｄｅｎｓｅＬａｙｅｒ）和扩散层（ＤｉｆｆＵｓｅＬａｙｅｒ）两??部分，同时该模型认为双电层厚度仅为一个离子半径的距离。２０世纪初，Ｇｏｕｙ和Ｃｈａｐｍａｎ对??双电层模型进行了修订并引入托马斯－费米屏蔽效应而提出了?Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ模型，该模型涉及??离子扩散和热运动对电容的影响，完成了对ＥＤＬ－Ｍｏｄｅｌ的补充。１９２４年，Ｓｔｅｍ完成了对Ｇｏｕｙ－??Ｃｈａｐｍａｎ模型的完善工作。如图１＞４所示
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国水资源现状分析与可持续发展对策研究[J]. 刘海书. 黑龙江科技信息. 2017(09)
[2]软模板合成有序介孔碳材料[J]. 刘蕾,袁忠勇. 化学进展. 2014(05)
[3]中国水资源现状分析与可持续发展对策研究[J]. 王瑗,盛连喜,李科,孙弘颜. 水资源与水工程学报. 2008(03)
[4]有序介孔材料的形貌调控及应用研究进展[J]. 乔文婷,周国伟,徐会颖,王延延,李艳敬. 化工进展. 2008(03)
本文编号：3400137
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