石墨烯-碳納米纖維的電紡合成與電容脫鹽性能的研究.pdf

1、隨著世界人口持續(xù)增長，各國工業(yè)不斷的發(fā)展，現(xiàn)在很多國家都面臨著淡水資源不足的危機，海水淡化成為解決問題的主要方式。電容去離子技術是一種低能耗、環(huán)保、高效的海水淡化高新技術，它是利用雙電層原理進行吸附和脫鹽的一種新型水處理技術。該技術的核心和關鍵是高性能碳材料電極的制備。本課題以氧化石墨和聚丙烯腈為原料，通過靜電紡絲方法成功的制備出一種新型的石墨烯/碳納米纖維電極材料，對石墨烯/碳納米纖維進行一系列表征，并重點研究石墨烯對碳納米纖維的影響

2、以及新型電極的吸附脫鹽性能。
　　本文首先利用靜電紡絲法制備出氧化石墨/聚丙烯腈納米纖維材料，通過SEM和Raman研究氧化石墨的添加對納米纖維的結構及性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨的添加使納米纖維的直徑變細，氧化石墨與纖維之間以包裹、嵌入和游離三種方式連接，分析發(fā)現(xiàn)氧化石墨與聚丙烯腈纖維的連接形成一個“面到線”的網絡結構，這種結構增強了電極的導電性能；TG-DTA曲線分析發(fā)現(xiàn)，剛性片層結構的氧化石墨提高了聚丙烯腈納米纖維的熱穩(wěn)定

3、性以及熱效應。
　　將氧化石墨/聚丙烯腈納米纖維在不同溫度下進行預氧化，再在不同溫度下進行碳化，通過SEM分析確定預氧化及碳化工藝參數(shù)，結果表明纖維在預氧化溫度250℃，碳化溫度1100℃時得到的碳納米纖維孔結構較均勻；通過TEM分析發(fā)現(xiàn)，高溫碳化后的石墨烯與碳纖維的連接方式有三種：包裹、嵌入和游離；XRD和Raman分析表明，石墨烯的存在提高了碳納米纖維的結晶性能；通過對碳納米纖維的氮氣吸附脫附測試、四探針測試以及拉伸測試，分析

4、發(fā)現(xiàn)含有石墨烯的碳納米纖維電極比表面積提高了43.72 m2/g，電導率提高了近十倍，m(GO：PAN)=0.15:1.0的石墨烯/碳納米纖維的機械性能符合實驗要求。
　　最后，將制備的石墨烯/碳納米纖維作為電容去離子技術裝置中自支撐電極，研究電極的電吸附性能。通過對比實驗，研究不同電極對數(shù)、電極間距、工作電壓、進水流速以及氧化石墨的添加量對電極除鹽效率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當m(GO：PAN)=0.15:1.0，工作電壓1.5 V，