鐵氧體-石墨烯基納米復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€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離子進行吸附形成雙電子層，最終達到除鹽的目的。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。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，或者將碳材料進行相互復合，從而發(fā)揮各組分的優(yōu)勢，其中，鐵基復合氧化物（鐵氧體）是一類新型無機功能材料，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、高電導率、高機械強度、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)生團聚現(xiàn)象，形成大顆粒。而 rGO/鐵氧體納米復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)。
　?。?）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械性能、電化學性能、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合制備出的電極薄膜具有更優(yōu)異的性能?？傊捎幂亯悍芍苽浯竺娣e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。