生物质衍生氮掺杂活性碳纤维材料的制备及其在电容去离子中的应用

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1、分类号：X511单位代码：10183研究生学号：201564E058密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）生物质衍生氮掺杂活性碳纤维材料的制备及其在电容去离子中的应用Biomassderivednitrogendopedactivatedcarbonfiberforcapacitivedeionization作者姓名：张璐类别：工程硕士领域(方向)：环境工程指导教师：董双石教授合作教师：关春雨高级工程师培养单位：环境与资源学院2018年5月生物质衍生氮掺杂活性碳纤维材料的制备及其在电容去离子中的应用Biomassderivednitrogendopedactivatedcarbonfib

2、erforcapacitivedeionization作者姓名：张璐领域（方向）：环境工程指导教师：董双石教授合作教师：关春雨高级工程师类别：工程硕士未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士（或硕士）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果

3、。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：■硕士□博士学科专业：环境工程论文题目：生物质衍生氮掺杂活性碳纤维材料的制备及其

4、在电容去离子中的应用作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：内蒙古通辽市环境保护局，028000作者联系电话：15164913988摘要摘要伴随全球范围的经济腾飞和工农业的迅速发展扩大，水资源短缺已经开始成为人类文明发展的掣肘。众所周知，地球的水资源是十分丰富的，但几乎全部（~98%）是咸水（包括海水以及江河入海的苦咸水），很难直接用于工农业生产之中。仅占2%的淡水资源大部分以固态形式存在于遥远的极地，使其利用成本大幅度提升。于是，海水及苦咸水淡化便成了有望从根本上解决水危机的唯一途径。目前，已经发展起来多种淡化技术，从最原始的蒸馏、离子交换，到新兴的膜脱盐技术（反渗透、电渗析）

5、，以及蒸馏技术的变种、革新技术（膜蒸馏、闪蒸）等等。然而，目前主流淡化技术均有着其致命的缺陷，包括高能耗、低效率、占地面积大、膜结垢、二次污染等等。电容去离子（电吸附）技术，作为一种新兴的电脱盐技术从上世纪80年代开始受到了业界的广泛关注，凭借其低能耗、高效率、无二次污染等优势迅速成为研究人员关注的另一个焦点。由于电容去离子技术是基于电化学双电层原理的一种脱盐技术，其技术核心和性能的关键无疑是其电极材料，因此，电极材料也受到了研究人员最多的关注。本论文针对生物质（蚕茧）衍生的碳纤维材料进行了研究，并将其作为电极材料应用于电容去离子中，系统地研究了其电容去离子性能与材料结构、形貌的关系，进而优

6、化得到性能最佳的电容去离子电极材料。并进一步对其电容去离子过程进行了热力学、动力学以及能耗分析。研究发现：1、生物质衍生氮掺杂活性碳纤维具有优良的电化学性能，以其作为电极的超级电容器的比电容为236.03Fg-1；2、生物质衍生氮掺杂活性碳纤维具有良好的电吸附性能，在1000mgL-1的NaCl溶液中具有高达16.56mgg-1的比吸附量；3、活化过程对于生物质衍生氮掺杂活性碳纤维的电化学及电吸附性能提升明显，其原因在于活化过程提高了材料的表面积、并且优化了其孔径分布；4、生物质衍生氮掺杂活性碳纤维的电吸附过程符合一阶动力学，并且，随外加电压的上升吸附速率常数先升后降，上升原因在于电场强度的

7、提升，而下降的原因在于电化学反应抑制了电吸附过程的速率；5、生物质衍生氮掺杂活性碳纤维的电吸附过程符合朗缪尔吸附模型，表明离i摘要子的吸附过程为单层吸附，并且，吸附过程以物理吸附为主，并没有化学吸附或化学反应参与；6、生物质衍生氮掺杂活性碳纤维的能耗分析显示，电压对电容去离子器件的能耗影响很大，尤其是1.2V以后，呈指数上升趋势，由此可见，将电压控制在水的分解电压以下（1.23V），对于控制电容去离子器件的能