碳电极制备工艺、结构设计及其电吸附除盐性能研究.pdf

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1、碳电极制备工艺、结构设计及其电吸附除盐性能研究陆国乾2015年6月中图分类号：O646.21UDC分类号：544.6碳电极制备工艺、结构设计及其电吸附除盐性能研究作者姓名陆国乾学院名称化工与环境学院指导教师严乙铭教授答辩委员会主席孙克宁教授申请学位工程硕士学科专业化学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月DesignandPreparationofCarbonElectrodeanditsCapacitiveDesalinationPerformanceCandidateName:GuoqianLuSchoolo

2、rDepartment:ChemicalEngineeringandEnviromentFacultyMentor:Prof.Yi-mingYanChair,ThesisCommittee:Prof.KeningSunDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ChemicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的

3、研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要当前，水资源面临短缺、污染等诸多问题。水处理技术，包括水的淡化和净化，已被视为解决世界各地的清洁水短缺问题的关键。电容除盐技术（CDI）作为一种简单便捷的除盐技术将会在未来水处理中发挥重要作用。在电容除盐技术中，

4、电极是核心部分，其电极的制备工艺以及材料的制备对电吸附除盐效率、循环使用性能有重要影响。因此，对电极材料的电极制备工艺和电极材料制备的研究具有重要意义。电极的制备方法有很多，用的较多的是压覆法和喷涂法。而用于电容除盐的电极材料主要为以电吸附双电层为吸附机理的碳材料以及其复合材料。碳材料由于具有良好的力学，电学及化学性能而引起广泛的研究。具有独特二维结构的石墨烯，由于具有大的理论比表面积，优异的导电性，优异的化学稳定性以及可塑性等特点被广泛的应用于电化学领域。本文提出一种新的电极涂覆方法──蒸涂法。该方法在加热的条件下，通过分步滴

5、加电极材料混合液，让溶剂逐步蒸发，从而让电极材料在基材上粘接更牢固；另外制备所得的电极，表面材料的结构疏松，这有利于电化学过程中电解液的渗入，使更多-1的电极材料在电化学应用中发挥了作用，在0.5MNaCl溶液中其比电容为14.5F·g。该方法制备的电极在电容除盐过程中具有优异的性能，其在初始电导率为2020-1-1μS·cm的溶液中，其除盐效率可以达到50.4%；其吸附量为14.4mg·g。对比其他两种方法，本方法设备简单，操作简单。本文采用醋酸纤维素为石墨烯制备的模板，制备了一种具有三维多孔结构的石墨烯材料，并将其用于电容除

6、盐。利用这种方法，所得的石墨烯材料具有疏松多孔的结2-1构，有效地提高了石墨烯的比表面，其比表面积为378.4m·g。另外醋酸纤维素也可用于调节石墨烯的孔径结构，本文所得的石墨烯具有合理的孔径分布，在2~8nm间均有分布。这种3D多孔结构的石墨烯材料表现出良好的电化学性能，在0.5MNaCl-1-1溶液中其比电容为41.1F·g。其除盐能力也得到了提高，在初始电导率为106μS·cm-1的NaCl溶液中，可以达到5.6mg·g的除盐量，其除盐效率为16.5%。关键词：电容除盐；涂覆方法；多孔碳材料；石墨烯I北京理工大学硕士学位论

7、文AbstractWatertreatmenttechnologies,includingwaterdesalinationandpurification,havebeenconsideredasacriticalissuetosolvecleanwatershortagearoundtheworld.Capacitivedesalination(CDI),asasimpleandconvenientdesaltingtechnology,willplayanimportantroleinwatertreatment.Howev

8、er,boththepreparationmethodandthestructureofthecarbonmaterialsshowsignificanteffectontheCDIperformance.Carbonmaterialshavebeenwidel