负载金属活性炭电极材料制备及其除盐性能研究

论文摘要

淡水资源的紧缺影响着经济的发展,地球表面的水资源97%以上是海水,因此海水淡化有着极其重要的意义。随着电容器技术的不断发展,电容法去除水中的离子也得到越来越广泛的研究。电容吸附法电极是关键,要寻求吸附容量大,易于再生的材料一直是电容吸附研究的主要方向。本课题将金属负载于活性炭上,利用金属氧化物赝电容和活性炭双电层电容的协同效应来提高电极材料的电容量,增加吸附量。首先制备了不同孔径分布的活性炭材料,然后分别负载一系列不同含量的金属盐,高温处理金属以氧化物形态附着在活性炭孔道和表面上。以这些复合材料制作复合电极,测试电极对自己配置的钾溶液、钙溶液中离子的吸附容量,发现孔径分布窄的活性炭因为其具有大的比表面积,吸附容量均大于相应的孔径较宽的活性炭及其复合电极,其中碱炭比3：1活化后的活性炭对500mg/L的钾溶液离子吸附容量达到了26.79mg/g,对钙离子的吸附容量为20.27mg/g,负载2%Mn(N03)2的复合电极对它们的吸附容量分别为33.25mg/g、30.69mg/g；碱炭比5：1的活性炭对钾、钙离子的吸附容量为17.71mg/g、14.35mg/g,负载1%金属时达到最大分别是23.73mg/g、21.61mg/g。可以看到负载一定金属后吸附容量都有所提高。本试验还进行了活性炭电极和复合电极对海水吸附的研究。单片电极吸附时海水钾、钙、钠、镁离子浓度分别从0.38g/L、0.4g/L、10.6g/L、1.25g/L降到了0.16g/L、0.28g/L、7.69g/L、1.06g/L和0.13g/L、0.25g/L、6.49g/L、0.99g/L,显示了复合电极的强的吸附能力和大的吸附容量；活性炭负载金属复合电极对海水中离子有较强的吸附能力,可以进行深入的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 海水淡化及其重要意义
• 1.2 常用的除盐技术
• 1.2.1 蒸馏法
• 1.2.2 反渗透法
• 1.2.3 电渗析法
• 1.2.4 冷冻法
• 1.2.5 电容吸附法
• 1.3 电容吸附法简介
• 1.3.1 电容吸附法发展历史
• 1.3.2 电吸附除盐法原理
• 1.3.3 电容器储能机理和分类
• 1.3.3.1 双电层电容器
• 1.3.3.2 法拉第赝电容器
• 1.3.4 电极材料的研究进展
• 1.3.4.1 石墨
• 1.3.4.2 活性炭
• 1.3.4.3 活性炭纤维
• 1.3.4.4 碳气凝胶
• 1.3.4.5 炭纳米管
• 1.3.5 活性炭材料介绍
• 1.3.5.1 活性炭的物化性质
• 1.3.5.2 活性炭的活化
• 1.3.5.3 活性炭的表面化学性质改性
• 1.3.6 电吸附水处理应用前景
• 1.3.6.1 饮用水净化领域
• 1.3.6.2 工业用水处理领域
• 1.3.6.3 废水处理领域
• 1.3.6.4 海水苦咸水淡化净化领域
• 1.4 选题依据及内容
• 2 实验研究
• 2.1 实验原料及实验装置
• 2.1.1 实验原料和设备
• 2.1.2 实验装置
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 商用活性炭的活化
• 2.2.2 活化活性炭负载金属氧化物
• 2.2.3 电解液的配置
• 2.2.4 电吸附实验
• 2.2.4.1 电压的确定
• 2.2.4.2 电极间距
• 2.2.4.3 电脱附过程
• 2.2.4.4 吸附容量的测定
• 2.2.4.5 电极的循环使用
• 2.2.4.6 电容法海水脱盐实验
• 2.3 实验分析检测方法
• 2.3.1 比表面积和孔结构分析
• 2.3.2 扫描电镜分析
• 2.3.3 X射线衍射分析
• 2.3.4 电极电化学性能测试分析
• 2.3.5 各离子含量分析
• 3 活性炭材料的改性研究
• 3.1 活性炭的活化
• 3.2 活性炭负载金属
• 3.3 活性炭和电极形貌表征
• 3.4 x射线衍射表征
• 3.5 循环伏安测试
• 3.6 本章小结
• 4 电极制作及性能测试
• 4.1 电极制备
• 4.1.1 聚四氟乙烯的添加量
• 4.1.2 压片机压力的选择
• 4.1.3 涂覆方法
• 4.2 电吸附试验
• 4.2.1 试验电压的确定
• 4.2.2 电极间距选择
• 4.2.3 电脱附实验
• 4.2.4 电极对盐溶液吸附性能比较
• 4.2.4.1 不同孔径活性炭电极除盐性能
• 4.2.4.2 负载不同量金属复合电极除盐性能
• 4.2.4.3 各电极吸附容量比较
• 4.2.4.4 3:1活性炭比5：1活性炭提高百分数
• 4.2.5 电极循环性能测试
• 4.2.6 海水各离子吸附量的测定
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及发表的学术论文情况