功能化碳基納米材料的制備及其電容去離子特性研究.pdf

1、伴隨著工業(yè)化進(jìn)程加快和人口增長(zhǎng)，水資源日益緊缺，環(huán)境污染和氣候變暖使淡水資源更為緊缺。海水儲(chǔ)量大，分布廣，各國(guó)將目光投向?qū)⒑ＫY源通過(guò)脫鹽技術(shù)轉(zhuǎn)化為可利用的淡水資源。電容去離子（Capacitive deionization，CDI），又稱為電吸附，利用雙電層原理，通過(guò)電性離子在靜電場(chǎng)作用下被強(qiáng)制吸附在電極表面達(dá)到凈水的目的。CDI的脫鹽效率與其電極材料的特性（如比表面積、電導(dǎo)率）緊密相關(guān)。碳基納米材料具有化學(xué)惰性高、比表面積大、孔徑分

2、布和電導(dǎo)率可控等特點(diǎn)被認(rèn)為是CDI的最佳電極材料。有基于此，本文主要探究了一些功能化碳基納米材料（氧化活性炭和TiO2@碳納米管復(fù)合物）和新型碳基納米材料（碳化ZIF-8）的制備方法及其CDI性能，研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　1、通過(guò)氧化法處理活性炭(Activated Carbon，AC)，得到含有親水基團(tuán)豐富的活性炭(FunctionalActivatedCarbon，F(xiàn)AC)。與AC相比，F(xiàn)AC的部分微孔坍塌，孔徑大小發(fā)生了位

3、移，比表面積下降，孔體積增加。電化學(xué)分析表明當(dāng)掃描速率為1 mV·s-1時(shí)，F(xiàn)AC的比電容量為232F·g-1，比AC的比電容量(219 F·g-1)增加了6％。由CDI實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，F(xiàn)AC電極的最大吸附量為3.54 mg·g-1，吸附行為滿足Langmuir吸附等濕方程，動(dòng)力學(xué)吸附過(guò)程符合準(zhǔn)一階動(dòng)力學(xué)吸附方程。經(jīng)過(guò)3個(gè)吸附-脫附循環(huán)后電極的吸附量沒(méi)有明顯的下降，證明FAC電極再生性能良好。
　　2、采用溶膠-凝膠法制備鈦酸四丁酯

4、:碳納米管(Carbon Nanotubes，CNTs)質(zhì)量比為1、2.5、5的TiO2@CNTs復(fù)合物（分別標(biāo)記為TiO2@CNTs-1、CNTs-2、CNTs-3）。結(jié)果表明，TiO2顆?？梢暂^好的附著在CNTs上，顆粒直徑約為15rm左右，呈現(xiàn)出銳鈦礦晶型。電化學(xué)分析表明當(dāng)掃描速率為1 mV·s-1時(shí)，TiO2@CNTs-1的比電容量為111.26 F·g-1，是純CNTs的（35.15 F·g-1）3倍。此外，隨著負(fù)載量的增加，

5、復(fù)合物的壓降、接觸電阻和擴(kuò)散電阻增加，不利于電吸附的發(fā)生。以TiO2@CNTs-1作為吸附電極進(jìn)行CDI實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，TiO2@CNTs-1電極的最大吸附量為4.08mg·g-1，吸附行為滿足Langmuir吸附等溫方程，動(dòng)力學(xué)吸附過(guò)程符合準(zhǔn)一階動(dòng)力學(xué)吸附方程，TiO2@CNTs-1再生性能較好。
　　3、通過(guò)高溫碳化沸石咪唑骨架結(jié)構(gòu)材料（Zeolitic imidazolate framework-8，ZIF-8）得到多面體介孔炭(

6、Porous carbon polyhedra，PCP)。表征結(jié)果顯示，PCP是一種富含微介孔的無(wú)定形炭材料，比表面積為1122.19 m2·g-1，孔體積是0.697 cm3·g-1。電化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)掃描速率為1 mV·s-1時(shí)，PCP的比電容量為166.34 F·g-1。CDI實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PCP的最大電吸附量為2.41 mg·g-1，吸附行為滿足Langmuir吸附等溫方程，動(dòng)力學(xué)吸附過(guò)程符合準(zhǔn)一階動(dòng)力學(xué)吸附方程，電極再生性能較