鐵氧體-石墨烯基納米復(fù)合薄膜電極的制備及其在電容式去離子方面的應(yīng)用.pdf

1、電容去離子技術(shù)(CDI)是一種基于雙電層理論的新型綠色環(huán)保海水淡化技術(shù)，其使用范圍廣泛、節(jié)能環(huán)保、循環(huán)可再生、無二次污染，在海水除鹽領(lǐng)域?qū)⒂幸粋€(gè)良好的應(yīng)用前景。CDI技術(shù)是一種較低直流電壓控制下，利用電極材料的電容原理對鹽溶液中的正負(fù)離子進(jìn)行吸附形成雙電子層，最終達(dá)到除鹽的目的。制備具有循環(huán)再生能力且比電容較高的電極材料是CDI技術(shù)中研究的重點(diǎn)。目前，研究者對CDI電極材料的研究主要以碳納米材料為主，為了提高碳材料電極的性能和CDI的脫

2、鹽率，向碳材料中摻入鐵氧體，或者將碳材料進(jìn)行相互復(fù)合，從而發(fā)揮各組分的優(yōu)勢，其中，鐵基復(fù)合氧化物（鐵氧體）是一類新型無機(jī)功能材料，將會大大提高電極材料的比電容，被廣泛的應(yīng)用于超級電容器領(lǐng)域。因此，制備具有高比表面積、合理孔徑分布、高電導(dǎo)率、高機(jī)械強(qiáng)度、高比電容的電極材料將在電容去離子技術(shù)中發(fā)揮重要作用。本論文主要通過共沉淀法制備鐵氧體及水熱法制備rGO/鐵氧體的納米復(fù)合材料，將其分別引入至碳材料中，通過輥壓法制備具有較高電容性能和可再生

3、性能的大面積多孔電極薄膜，并將其運(yùn)用到電容去離子技術(shù)中，具有大規(guī)模生產(chǎn)的潛在可能。
　　本論文的研究內(nèi)容及成果如下：
　?。?）采用共沉淀法將草酸與其他金屬離子結(jié)合形成絡(luò)合物前驅(qū)體，將其煅燒，制備出顆粒尺寸均勻的鐵氧體納米材料；采用水熱法將鐵氧體顆粒均勻的生長于石墨烯表面，制備出具有優(yōu)異性能的rGO/鐵氧體納米復(fù)合材料。兩種方式均無需調(diào)節(jié)溶液的pH值，且操作步驟簡便。研究結(jié)果表明，兩種方法均可以制備出顆粒尺寸均勻的純凈納米材

4、料。但鐵氧體納米顆粒由于磁性容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，形成大顆粒。而 rGO/鐵氧體納米復(fù)合材料在制備過程中阻止了鐵氧體因磁性和石墨烯因范德華力產(chǎn)生的自團(tuán)聚，使鐵氧體納米顆粒均勻平鋪于石墨烯的褶皺中。這兩方法為電極材料薄膜的制備奠定了基礎(chǔ)。
　　（2）采用輥壓法分別將Fe2ZnO4、Fe2CoO4及rGO/Fe2CoO4納米材料與碳材料（以活性炭為主要原料，加入一維碳納米管、二維石墨烯、顆粒尺寸較小的炭黑）復(fù)合，以聚四氟乙烯為粘結(jié)劑，通過

5、簡單的輥壓制備出了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)鐵氧體/碳材料納米復(fù)合薄膜。Fe2ZnO4、Fe2CoO4及rGO/Fe2CoO4納米材料的加入，使碳材料薄膜具有更高的比電容、比表面和合理孔徑分布，保證了電極材料良好的機(jī)械性能、電化學(xué)性能、循環(huán)穩(wěn)定性能和電容去離子性能。在相同碳材料組分電極薄膜的CDI測試中，當(dāng)外加電壓為2.0V，蠕動泵轉(zhuǎn)速為30r/min，鹽溶液初始濃度為100mol/L條件下，F(xiàn)e2ZnO4與碳材料電極薄膜的最大除鹽率為47.5%，最

6、大鹽吸附量為5.57 mg/g，F(xiàn)e2CoO4與碳材料電極薄膜的最大除鹽率為55.5%，最大鹽吸附量為6.74 mg/g，rGO/Fe2CoO4納米材料與碳材料電極薄膜最大脫鹽率為65.4%，最大吸附量為10.25 mg/g。通過對比分析，可以得出，水熱法制備的納米材料與碳材料復(fù)合制備出的電極薄膜具有更優(yōu)異的性能?？傊?，采用輥壓法可制備大面積完整薄膜，是一種良好的電極材料，具有較大比電容和比表面積，保證了電極材料CDI性能和可再生能力。