【摘 要】
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目前常见的海水淡化技术有反渗透、蒸馏、电渗析等,相比之下,以双电层电容(EDL)为基础的电容去离子技术(CDI)作为一种低能耗、高效率以及无污染的新型淡化技术逐渐成为研究的热点
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目前常见的海水淡化技术有反渗透、蒸馏、电渗析等,相比之下,以双电层电容(EDL)为基础的电容去离子技术(CDI)作为一种低能耗、高效率以及无污染的新型淡化技术逐渐成为研究的热点。在整个电容去离子研究中,电极材料的选择是其核心问题。通常来说,炭材料由于其来源广泛、成本较低,同时具有较高的比表面积、丰富的孔隙结构以及良好的电化学稳定性,因此是一种理想的电吸附材料。然而考虑到其较低的比电容和较高的内部阻抗,需要对它进一步改性来充分提高吸附性能。本文主要是以离子交换树脂作为前驱体,将ZnCl2溶液与树脂进行充分的离子交换,保证Zn2+均匀负载到树脂上,利用其低沸点特性,使部分Zn2+在高温下逸出形成多孔结构,从而制备出多孔炭材料。进一步选用不同活化剂,探究活化方式对炭材料电化学性能以及吸附性能的影响。最终在模拟海水和废水条件下,探究不同操作条件对多孔炭材料吸附性能的影响,同时研究其循环再生性能,具体内容和结论如下:(1)多孔炭材料经CO2活化后,显示出较大的比表面积(1162m2g-1)和总孔容(0.793cm3 g-1),并且拥有微孔—中孔—大孔共存的分级孔结构。此外,其比电容高达340F g-1,具有良好的充放电性能,而且还表现出较小的离子迁移阻抗以及较快的离子迁移速率。在电容脱盐实验中,它具有优异的吸附性能和良好的循环再生性能。(2)由于CO2活化后的炭材料具有较高的吸附性能,为了确定制备炭材料的最优条件,进一步考察了活化温度(650、700以及750℃)对其自身结构和性能的影响。研究结果表明,高温(750℃)活化后,材料具有最大的比表面积和总孔,并且含有更多氧化态的硫以及硫醚键,使得比电容达到最大值。此外,其离子迁移阻抗明显降低,离子迁移速率显著提高。在脱盐实验中,着重研究了电压、流速对吸附性能的影响,其最大吸附量可达24.4mg g-1,并在20次循环再生中显示出较好的再生稳定性。(3)在含Cu2+模拟废水的研究中,考察了实验参数(工作电压、初始浓度、流速以及溶液p H)对Cu2+吸附的影响。研究结果表明,材料在750℃经CO2活化后,对Cu2+吸附量可达160mg g-1。同时综合吸附等温线和吸附动力学来看,它符合Langmuir等温吸附模型,并且与准一级动力学相契合。
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