阴阳离子脱嵌纳米复合电极材料的制备及其杂化电容脱盐性能
发布时间：2021-11-19 07:02
随着人口的快速增长和环境污染的不断加剧,淡水资源短缺和能源危机已经成为人类面临的主要威胁。海水淡化技术是解决淡水供给的优先选择,然而常用的水处理技术如反渗透、热处理和电渗析通常具有高成本、高能耗和二次污染等问题。电容去离子技术（CDI）由于其较低的能耗和环境友好等优点吸引了众多研究者的目光,由于CDI脱盐性能与电极材料息息相关,因此研究开发高性能脱盐电极材料具有重要意义。传统的碳基材料具有优异的导电性、高比表面积和化学稳定性等优点,但也存在理论脱盐量低、电荷效率低（共离子效应）等问题,严重限制了该技术的应用。因此,本研究中通过原位合成法制备了具有阴阳离子脱嵌性能的纳米复合电极,将脱嵌电极和活性碳组成非对称杂化脱盐电容电池装置。一方面同时在正（或负极）引入双电层电容和赝电容离子存储机理,以期提高脱盐量,实现高浓度盐水脱盐;另一方面改善能量利用效率,提高电荷效率,降低同离子效应。论文系统研究了电极制备工艺、结构和脱盐性能之间的关系。主要研究内容如下:以对苯二甲酸作为有机配体,氯化锆作为锆源,N-N二甲基甲酰胺为溶剂,通过溶剂热法制备了直径200 nm的UiO-66纳米立方体。经过高温碳化后...
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１双电层充放电状态图??Ｆｉｇ?１－１?Ｃｈａｒｇｅｄ?ａｎｄ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ?ｓｔａｔｅｓ?ｏｆ?ａｎ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ??
ＣＤＩ模块包括两个电极，它们分别支撑在各自的隔板上（通常是玻璃机玻璃），并以几乎??不分离的平行结构面对面地放在一起。电极之间的空间可以为开放通道，也可以添加间隔材料（如??图１－２）。隔膜可以由电绝缘、化学惰性和防腐材料制成的编织布［３６］、聚合物网格［３７］或其他类似??网格的材料。隔膜可以允许水和离子通过，到达电极的双电层区域。在某些情况下，离子交换膜??［３１］被添加在电极和隔膜或开放通道之间。阴离子交换膜只允许阴离子通过，阳离子交换膜则相反。??ＣＤＩ模块类似于电容器，模块中的电极像电容板一样排列，并在这些电极上施加直流电压（电流）。??在ＣＤＩ模块中，要除去离子的原水可以在电极之间流动，当有外加电场作用时，原水中的电解质??离子就被吸附到带相反电荷的电极上。与进入ＣＤＩ模块的原水相比，离开ＣＤＩ模块的水溶液相对??去离子化。ＣＤＩ模块可以为单通道结构（离开模块前，水溶液在电极之间只流动一次）或循环结构（离??开ＣＤＩ模块的水溶液再次或多次定向回到相同的ＣＤＩ模块）。单通道结构用于串联排列的多个ＣＤＩ??模块，而循环结构则用于单个模块（数量较少的模块）。ＣＤＩ系统中使用蠕动泵将储存在容器中的??水溶液循环泵入电极
士学位论文?第一陷，整体呈现微波状大大降低了自身表面能，因此可以在室温下稳定存在［７６］。石以形成零维的富勒烯和一维的碳纳米管，通过层层堆叠可以形成三维的石墨烯。优异的力学性能和高的电子迁移速率，同时还具有高的导热性、高的比表面积（达２６３０?ｍ２?ｆ１）和良好的透明度。因此与其他碳电极材料不同的是，石墨烯不需道分布来提升比电容。优异的导电性和高的比表面积使其成为ＣＤＩ电极中较有前复合材料中不可或缺的活性组分［７７］。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型二维材料MXene的研究进展[J]. 张建峰,曹惠杨,王红兵. 无机材料学报. 2017(06)
[2]高稳定性金属有机骨架UiO-66的合成与应用[J]. 韩易潼,刘民,李克艳,左轶,张国亮,张宗超,郭新闻. 应用化学. 2016(04)
[3]Ti3SiC2结合立方氮化硼超硬复合材料的制备与微观结构[J]. 周爱国,李正阳,李良,王李波,李尚升. 硅酸盐学报. 2014(02)
博士论文
[1]超级电容器用3D石墨烯材料的设计、制备和电化学性能研究[D]. 黄海富.南京大学 2015
硕士论文
[1]钠离子脱嵌电极的水热合成及其电容脱盐性能研究[D]. 周峰.宁夏大学 2018
[2]金属有机框架衍生纳米多孔复合电极材料的制备及其超级电容特性研究[D]. 张保海.宁夏大学 2018
[3]金属有机骨架前驱体法制备多孔电极材料及其电化学储能性能的研究[D]. 付蓉蓉.宁夏大学 2017
[4]二维层状复合电极材料的制备及其超电性能的研究[D]. 尤春琴.宁夏大学 2016
本文编号：3504526
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１双电层充放电状态图??Ｆｉｇ?１－１?Ｃｈａｒｇｅｄ?ａｎｄ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ?ｓｔａｔｅｓ?ｏｆ?ａｎ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ??
ＣＤＩ模块包括两个电极，它们分别支撑在各自的隔板上（通常是玻璃机玻璃），并以几乎??不分离的平行结构面对面地放在一起。电极之间的空间可以为开放通道，也可以添加间隔材料（如??图１－２）。隔膜可以由电绝缘、化学惰性和防腐材料制成的编织布［３６］、聚合物网格［３７］或其他类似??网格的材料。隔膜可以允许水和离子通过，到达电极的双电层区域。在某些情况下，离子交换膜??［３１］被添加在电极和隔膜或开放通道之间。阴离子交换膜只允许阴离子通过，阳离子交换膜则相反。??ＣＤＩ模块类似于电容器，模块中的电极像电容板一样排列，并在这些电极上施加直流电压（电流）。??在ＣＤＩ模块中，要除去离子的原水可以在电极之间流动，当有外加电场作用时，原水中的电解质??离子就被吸附到带相反电荷的电极上。与进入ＣＤＩ模块的原水相比，离开ＣＤＩ模块的水溶液相对??去离子化。ＣＤＩ模块可以为单通道结构（离开模块前，水溶液在电极之间只流动一次）或循环结构（离??开ＣＤＩ模块的水溶液再次或多次定向回到相同的ＣＤＩ模块）。单通道结构用于串联排列的多个ＣＤＩ??模块，而循环结构则用于单个模块（数量较少的模块）。ＣＤＩ系统中使用蠕动泵将储存在容器中的??水溶液循环泵入电极
士学位论文?第一陷，整体呈现微波状大大降低了自身表面能，因此可以在室温下稳定存在［７６］。石以形成零维的富勒烯和一维的碳纳米管，通过层层堆叠可以形成三维的石墨烯。优异的力学性能和高的电子迁移速率，同时还具有高的导热性、高的比表面积（达２６３０?ｍ２?ｆ１）和良好的透明度。因此与其他碳电极材料不同的是，石墨烯不需道分布来提升比电容。优异的导电性和高的比表面积使其成为ＣＤＩ电极中较有前复合材料中不可或缺的活性组分［７７］。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型二维材料MXene的研究进展[J]. 张建峰,曹惠杨,王红兵. 无机材料学报. 2017(06)
[2]高稳定性金属有机骨架UiO-66的合成与应用[J]. 韩易潼,刘民,李克艳,左轶,张国亮,张宗超,郭新闻. 应用化学. 2016(04)
[3]Ti3SiC2结合立方氮化硼超硬复合材料的制备与微观结构[J]. 周爱国,李正阳,李良,王李波,李尚升. 硅酸盐学报. 2014(02)
博士论文
[1]超级电容器用3D石墨烯材料的设计、制备和电化学性能研究[D]. 黄海富.南京大学 2015
硕士论文
[1]钠离子脱嵌电极的水热合成及其电容脱盐性能研究[D]. 周峰.宁夏大学 2018
[2]金属有机框架衍生纳米多孔复合电极材料的制备及其超级电容特性研究[D]. 张保海.宁夏大学 2018
[3]金属有机骨架前驱体法制备多孔电极材料及其电化学储能性能的研究[D]. 付蓉蓉.宁夏大学 2017
[4]二维层状复合电极材料的制备及其超电性能的研究[D]. 尤春琴.宁夏大学 2016
本文编号：3504526
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/3504526.html
