杂原子掺杂新结构碳材料的制备及电容去离子性能

发布时间：2024-04-18 21:38

　　随着人口增长,工业发展和气候变化,淡水资源短缺已经成为人类面临的最大生存危机之一。海水及苦咸水淡化、中水回用、自来水深度净化和含盐废水处理可以有效解决该危机。相比于传统的去离子工艺,电容去离子是基于双电层原理的全新的高效去离子技术,具有低成本、低能耗以及防止二次污染的特点。该技术的关键是电极材料。本论文针对常用电极材料导电性低和润湿性差等问题,设计杂原子掺杂的新结构碳材料,用作电容去离子电极,有效提升了电容去离子性能。主要研究内容分为以下几个方面:(1)通过设计1,4-对苯二甲酸和三乙烯二胺,分别与锌配位得到双配体金属有机框架(MOFs)材料作为碳前驱体,在氮气氛围中高温热解后得到氮掺杂的棒状多孔碳,并将其用于电容去离子电极,考察了其电容去离子性能。该方法中,1,4-对苯二甲酸配体可用作造孔剂以增加碳材料的比表面积和孔道,三乙烯二胺配体用作氮掺杂源以增加碳材料的亲水性和导电性,从而增加离子去除容量。通过调节这两种配体的比例,碳化后可以获得比表面积与氮掺杂最佳配比的碳材料,从而实现最佳的电容去离子性能。通过形貌结构表征可知,所得棒状碳材料具有较高的比表面积(962 m²

【文章页数】：105 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1三种典型的EDLs理论示意图

会吸引带反向电荷的离子，形成致密的离子层，这两者的间距约为一个离子半径，如图1.1（a）所示。该说法有一定的科学性，然而对于离子水合半径以外的电吸附现象，该模型则无法解释。针对这一缺陷，Gouy和Chapman作出修正，于1913年提出了Gouy-Chapman模型即....

图1.2（a）电容去离子和（b）再生过程示意图

图1.2（a）电容去离子和（b）再生过程示意图[36]电容去离子的原理是基于在电极之间施加外部电场以迫使带电离子向带相反电荷的电极移动。阳离子被吸引到阴极，阴离子被吸引到阳极，这些带电离子可以被吸引在溶液和电极界面之间形成双电层。盐离子被吸附到电极表面，造成盐溶液的浓度逐渐下降....

图1.3（a）平流模式和（b）穿流模式电容去离子装置示意图

电容去离子的原理是基于在电极之间施加外部电场以迫使带电离子向带电荷的电极移动。阳离子被吸引到阴极，阴离子被吸引到阳极，这些带电可以被吸引在溶液和电极界面之间形成双电层。盐离子被吸附到电极表面成盐溶液的浓度逐渐下降，如图1.2（a）所示。随着电极对离子的吸附达和，实现电吸附动态平....

图1.4（a）介孔结构的SEM照片及相应的结构模型，（b）微孔-介孔结构的TEM照片及相应的结构模型和（c）微孔-介孔-大孔的SEM照片及相应的结构模型

大学硕士学位论文挥不同的作用。微孔可以显著增加材料的比表面积，并提供丰富的可点，从而提高双电层的吸附能力。介孔可以有效地增加材料的离子传导材料的润湿性，并降低离子扩散期间的电阻。大孔则起到离子缓冲储用，以最大限度地减少从多孔碳的表面到内部的扩散距离，促进电解和传输[82-85]。

本文编号：3957776