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超级活性炭电极用于电容去离子技术性能研究

作　者: 刘红
导　师: 邱介山
学　校: 大连理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 超级活性炭 电容去离子技术 脱盐
分类号: O646
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 199次
引　用: 3次
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内容摘要


随着世界经济及工业的发展、人口的不断增长及环境污染的日益严重,淡水资源的需求量与日俱增。如何从占世界总储水量98%的海水和苦咸水中获得廉价的淡水在世界范围内日益受到关注。目前实现海水淡化的技术主要包括蒸馏法、反渗透法和电渗析法等方法,然而这些方法具有耗能高、产生二次污染等缺点。电容去离子技术的出现,使人们看到了实现低耗能,无污染海水淡化的希望。电容去离子技术是利用双电层原理,通过施加静电场强制离子向带有反向电荷的电极处移动。该技术仅需要1-2 V的操作电压,脱盐过程没有化学反应,无需化学试剂再生,不会产生环境污染。希望以性能优良,价格低廉的超级活性炭为电极材料电容去离子技术,通过对装置和电极系统改进,以期增强电极的脱盐性能。本论文自行设计搭建电容去离子脱盐装置,考察了电极组成和操作条件对脱盐效率的影响。结果表明活性炭性质及操作电压、电极间距和溶液流量等操作参数对脱盐效率均有影响,最终选取了适当的电极材料组成配比和实验操作条件,达到电极电容去离子性能最佳。在正负电极前分别加入阴阳离子交换膜组构筑膜电极,当溶液浓度较高时,离子交换膜复合炭电极脱盐量增加了50%,电流效率增加了17%,同时复合炭电极的循环再生性能得到极大的改善。在活性炭粉末中添加膨胀石墨制备复合电极,提高了电极整体的导电性,同时改变活性炭颗粒间的接触方式,有效的利用了活性炭表面吸附位,实现电极的脱盐性能的增强。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-26
  1.1 水资源状况  8
  1.2 海水淡化技术的发展  8-9
  1.3 常用脱盐方法  9-12
    1.3.1 蒸馏法  9-10
    1.3.2 反渗透法  10-11
    1.3.3 电渗析法  11-12
    1.3.4 离子交换法  12
  1.4 电容去离子技术的原理  12-16
    1.4.1 电容去离子技术理论基础  12-15
    1.4.2 电容去离子技术的工作原理  15-16
  1.5 电容去离子技术电极材料  16-22
    1.5.1 电容去离子技术电极材料的特点  16-17
    1.5.2 活性炭  17-18
    1.5.3 活性炭纤维  18-19
    1.5.4 炭气凝胶  19
    1.5.5 碳纳米管  19-20
    1.5.6 石墨烯  20-21
    1.5.7 电容去离子修饰电极  21-22
  1.6 电容去离子技术的发展  22-24
  1.7 本论文的意义及研究内容  24-26
2 实验材料和实验方法  26-33
  2.1 实验试剂及主要仪器设备  26-27
    2.1.1 实验试剂  26-27
    2.1.2 实验仪器  27
  2.2 实验装置与方法  27-30
    2.2.1 实验装置  27-29
    2.2.2 实验用水  29-30
  2.3 电极的制备方法  30-31
  2.4 活性炭材料的表征  31-33
    2.4.1 比表面积及孔结构测定  31
    2.4.2 电化学性能测试  31-33
3 电极电容去离子性能影响因素  33-49
  3.1 电极的影响  33-43
    3.1.1 电极材料的选择  33-40
    3.1.2 粘结剂种类的选择  40-42
    3.1.3 粘结剂用量的影响  42-43
  3.2 操作条件的影响  43-46
    3.2.1 电极间距对电极电容去离子性能的影响  44
    3.2.2 溶液流量对电极电容去离子性能的影响  44-45
    3.2.3 工作电压对电极电容去离子性能的影响  45-46
  3.3 离子特性的影响  46-48
  3.4 本章小结  48-49
4 电极电容去离子性能的增强  49-63
  4.1 离子交换膜修饰电极  49-57
    4.1.1 实验装置  49-50
    4.1.2 离子交换膜的性质  50
    4.1.3 结果与讨论  50-57
  4.2 膨胀石墨/活性炭复合电极  57-61
    4.2.1 活性炭/膨胀石墨复合材料制备  57
    4.2.2 结果与讨论  57-61
    4.2.3 膨胀石墨/活性炭复合材料增强电容去离子脱盐性能分析  61
  4.3 本章小结  61-63
结论  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  68-69

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 电化学、电解、磁化学
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