聚吡咯复合纳米电极制备吸附重金属离子性能研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文聚吡咯复合纳米电极制备及吸附重金属离子性能研究专业：环境科学与工程硕士生：代继哲指导教师：薛娟琴教授张玉洁讲师摘要电容法去离子(CDI)技术是一种处理重金属废水的新型技术，它具有操作简便、节约能耗、资源可回收、无二次污染、循环稳定性良好等优势。其技术核心是具有高吸附性能的电极。CDI技术发展至今，电极成型过程依赖粘结剂的问题仍未解决。本文围绕碳纳米管/导电聚合物复合纳米电极制备开展研究，通过添加壳聚糖改善复合纳米电极成型效果，并对其电吸附效果进行了探究。本论文主要包括以下内容：(1)采用原位聚合法制备了PPy

2、/CS/CNT复合纳米材料，研究了CS添加量对复合纳米电极电化学性能及吸附性能的影响，并对其形貌、结构及抗压强度等进行了表征。结果表明：CS和PPy依次包裹在CNT表面上，形成“一核双壳”结构，复合纳米材料整体呈现为互相交织的纳米线结构。当mCS:mPy=2:10时，PPy/CS/CNT复合纳米电极的比电容值最大，为103.19F/g，为PPy/CNT复合纳米电极比电容值的1.6倍。该比例下，复合纳米电极对Cu2+吸附量达到最大，为16.63mg/g，是PPy/CNT复合纳米电极对吸附量的2.1倍。第100次循环伏安测试时，比电容保持率

3、为86.9%，表现出良好的循环稳定性。(2)采用原位聚合法制备了PPy/GO/CS/CNT复合纳米材料，研究了GO添加量对复合纳米电极电化学性能及吸附性能的影响，并对其形貌、结构及抗压强度等进行了表征。研究结果为：CNT、CS和PPy三者依然构成“一核双壳”纳米线结构，该结构与GO片层互相交织。当mGO:mPy=4:10时，比电容值最大，为223.98F/g，为PPy/CS/CNT复合纳米电极比电容值的2.2倍。该比例下，复合纳米电极对Cu2+吸附量达到最大，为28.29mg/g，是PPy/CS/CNT复合纳米电极的1.5倍。第100次

4、循环伏安测试时，比电容保持率为90.6%，循环稳定性能提升。(3)将PPy/CS/CNT和PPy/GO/CS/CNT复合纳米电极应用于CDI过程吸附脱I西安建筑科技大学硕士学位论文除重金属离子。探究了原料液初始浓度、电极电压及离子种类对吸附性能的影响，并对吸附结果进行了动力学拟合。结果显示：二者对Cu2+的吸附量随着溶液初始浓度的增加而增加，但吸附率降低，这表明这两种复合纳米电极适于处理低浓度的含铜废水。增大电压有利于吸附的发生。二者对不同金属离子的吸附能力表现为：Fe3+>Cu2+>Ag+。动力学拟合结果表明，此二种复合纳米电极吸附重

5、金属离子过程符合Lagergren二级方程模型，由此得出吸附方式为化学吸附。关键词电容法去离子技术，重金属离子，聚吡咯，氧化石墨烯，壳聚糖本课题得到国家自然科学基金项目(No.51478379)，陕西省自然科学基金重大项目(2017ZDJC-25)，陕西省自然科学基金青年项目(2016JQ5053)，陕西省教育厅专项(14JK1422)的资助。II西安建筑科技大学硕士学位论文PreparationofPolypyrroleCompositeNano-electrodeandItsAdsorptionofMetalIonsSpecialt

6、y:EnvironmentalScienceandEngineeringAuthor:DaiJizheSupervisor:ProfessorXueJuanqinLecturerZhangYujieAbstractCapacitivedeionization(CDI)isanewtechnologyfortreatingheavymetalwastewater.Ithastheadvantagesofsimpleoperation,energysaving,recyclableresources,nosecondarypollution

7、andgoodcyclestability.Thecoretechnologyistheelectrodewithhighadsorptionperformance.ThedevelopmentofCDItechnologysofar,theelectrodeformingprocessdependsontheadhesiveproblemremainsunresolved.Thispaperfocusesonthepreparationofcarbonnanotube/conductingpolymernanocompositeele

8、ctrode.Thechitosanisaddedtoimprovetheformingeffectofthenanocompositeelectrode.Theelectrosorptioneffecti