電容脫鹽技術(shù)是基于電化學(xué)雙電層原理的一種新興、節(jié)能的脫鹽技術(shù),具有所需電壓低、能耗小和無二次污染等優(yōu)點(diǎn),受到國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。多孔炭由于原料來源廣、廉價(jià)易得、比表面積大、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)和物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn),常被用于電容脫鹽。在多孔炭中,微孔為材料提供大的比表面積,有利于脫鹽量提高,但微孔孔徑較小,不利于離子的傳輸;中孔孔徑較大,離子擴(kuò)散阻力小,有利于快速脫鹽,其表面積利用率高,但中孔炭的比表面積較小,脫鹽量有限;大孔的比表面積很有限,對(duì)脫鹽的貢獻(xiàn)可以忽略,但大孔會(huì)減小離子的傳輸路徑,加快脫鹽速度。因此,具有微孔-中孔-大孔的分級(jí)多孔炭兼具高的脫鹽容量和快速的脫鹽速率。本論文采用模板法,活化法制備了三種不同的分級(jí)多孔炭,考察了它們的電容脫鹽性能,具體內(nèi)容如下:(1)以檸檬酸為炭前驅(qū)體,乙酸鎳為模板,通過靜電紡絲、固化、炭化和酸洗等過程,制備出中孔率高、表面具有炭殼的分級(jí)多孔納米炭纖維。當(dāng)檸檬酸與乙酸鎳的質(zhì)量比為1:1.5時(shí),所得分級(jí)多孔納米炭纖維的平均直徑為88.7 nm,比表面積、孔容積和中孔率分別達(dá)到218 m2/g、0.40 cm3/g和84.90%;電極片的單循環(huán)脫鹽量和單位比表面積的脫鹽量分別達(dá)到6.28 mg/g和0.089 mg/m2。(2)以檸檬酸鐵為炭前驅(qū)體,KOH為活化劑,通過對(duì)檸檬酸鐵直接一步炭化或一步炭化活化分別制備出分級(jí)多孔炭,并對(duì)活化后的多孔炭進(jìn)行硝酸表面改性。檸檬酸鐵經(jīng)活化后孔徑分布增加到16 nm左右;比表面積、孔容積和中孔率分別達(dá)到2140 m2/g、2.86 cm3/g和82.87%;AC的單循環(huán)脫鹽量和單位比表面積的脫鹽量分別達(dá)到6.13 mg/g和0.0089 mg/m2。表面氧化后的多孔炭親水性得到有效改善,接觸角減小到104.4°,比表面積、孔容積和中孔率分別達(dá)到1960 m2/g、2.28 cm3/g和78.07%;AC-N的單循環(huán)脫鹽量和單位比表面積的脫鹽量分別達(dá)到7.47 mg/g和0.01 18 mg/m2。研究發(fā)現(xiàn)中孔炭比微孔炭更有利于電容脫鹽量的提高。(3)通過對(duì)高硫石油焦進(jìn)行一步KOH活化和酸洗等過程,制備出不同含硫量的分級(jí)多孔炭。當(dāng)石油焦與KOH的質(zhì)量比為1:2時(shí),比表面積、孔容積、中孔率和含硫量分別達(dá)到1051 m2/g、0.56 cm3/g、35.71%和1.07%;AC-2的單循環(huán)脫鹽量和單位比表面積的脫鹽量分別達(dá)到5.00 mg/g和0.015 mg/m2。研究發(fā)現(xiàn)含硫官能團(tuán)能有效改善樣品的脫鹽量。
【學(xué)位單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ127.11;TQ085.41
【部分圖文】：

圖１－２海水淡化技術(shù)??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｅａｗａｔｅｒ?ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??

１．３脫鹽的主要方法??在過去的幾十年中，海水淡化技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，涌現(xiàn)出各種各樣的淡水??獲取技術(shù)，如蒸餾法、膜法、電容脫鹽法、冷凍法和離子交換發(fā)等等，如圖１－２所??示。到目前為止，能夠利用的海水淡化技術(shù)非常多，其中主要的脫鹽方法有熱蒸餾??法、膜分離法和電容脫鹽法等。由于各種脫鹽的機(jī)理各不相同，在脫鹽量、脫鹽效??率和成本效益上各有優(yōu)缺點(diǎn)［３，１（Ｍ２］。??海水淡化法??＼＼?ｉ?Ｌ￣ｔ?１??５節(jié)?＇冷?氧??它容?ｉ?膜?ｐ??方脫法?｜??法鹽?広広??ｇ?Ｓ?Ｓ?ｉ?Ｓ?Ｓ?１５１??ｉ?ｉ?＾?１?１?１?Ｉ?Ｓ??ｋ?？??法??圖１－２海水淡化技術(shù)??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｅａｗａｔｅｒ?ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??１．３．１蒸餾法??蒸餾法是人類最初利用的淡水獲取技術(shù)，又稱為蒸發(fā)法，主要原理是利用液體??混合物中不同物質(zhì)的沸點(diǎn)不同，使低沸點(diǎn)的水在加熱條件下蒸發(fā)為水蒸氣然后再冷??凝為液態(tài)水從而達(dá)到分離、提純的效果。經(jīng)過多年來的不斷發(fā)展，蒸餾法技術(shù)已經(jīng)??３??

離子即可回到溶液中，使電極再生。在１９８５年，德國(guó)物理學(xué)家Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ最早提出??將這種電極－溶液－電極界面看作是一個(gè)平板電容器模型的理論，其中兩電極間的溶??液被看作電容器之間的介質(zhì)分離層［２３］，如圖１－４?（ａ）所示。Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ認(rèn)為在電容??器兩端加上電壓后，電極表面會(huì)產(chǎn)生剩余的靜電荷，從而形成一個(gè)電場(chǎng)，當(dāng)溶液經(jīng)??過電容脫鹽裝置時(shí)，離子吸附在電極上，由于位壘的存在，兩種電荷并不會(huì)發(fā)生電??中和作用，只在電極表面形成一個(gè)界面層，從而去除離子。Ｃｈａｐｍａｎ和Ｇｏｕｙ在??Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ的理論上，提出了擴(kuò)散雙電層理論模型［２７］，如圖１－４?（ｂ）所示。該理論??將布朗運(yùn)動(dòng)考慮在內(nèi)，提出了擴(kuò)散層的概念，認(rèn)為離子被吸附到電極表面以后，會(huì)??在在電極表面形成一個(gè)幾納米的擴(kuò)散層，在擴(kuò)散層中作布朗運(yùn)動(dòng)，而不是被吸附在??電極表面靜止不動(dòng)。Ｓｔｅｍ在丨９２４年將上述兩種模型相結(jié)合，建立了?Ｓｔｅｒｎ模型［２８］，??如圖１－４?（ｃ）所示。該模型將雙電層分為內(nèi)層和外層
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2840527