活性炭电极改性及电吸附脱盐性能研究

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在电吸附技术被日益广泛研究和实际应用的大背景下,本实验选取果壳活性炭作为电极材料,通过物理改性和物理化学联合改性的方法,与酚醛树脂、乌洛托品、柔性石墨粉以70:29:0.5:0.5的比例制成活性炭电极。运用BET比表面积分析仪、SEM扫描电镜、X射线衍射仪、TEM透射电镜及电化学工作站等多种现代先进检测手段,对改性电极的孔隙结构、形貌及电化学性质等进行全面的表征分析。并在此基础上考察电极间距、初始浓度及电极电压对电吸附实验的影响。在最优电吸附条件下进行了电吸附对卤族阴离子和硬度离子的系统脱盐研究工作,得出以下结论:1.通过对活性炭电极的改性,可综合提高电极的电吸附性能。但物化改性的电极比物理改性的性能优越,具体体现为:累计孔体积达到0.120615cc/g,BET比表面积达到743.2039m2/g,中孔率高,集中分布在20150;并且在拥良好的充放电性能和电容量时,还有较好的抗极化性能,腐蚀电位为-0.070v,比物理改性-0.127v高出81.4%。2.通过实验得出NaCl、NaBr、NaF、NaI、CaCl2、MgCl2的吸附平衡时间分别为180、240、180、300、480、360min;最优实验条件为:初始电压位1v、间距为5mm、初始浓度为1000mg/L。根据动力学模型拟合得出的U/K曲线可知电吸附除盐实验,最优电压应小于1.2v。多次循环吸附/脱附后,在保持良好稳定的吸附性能时,脱附率始终在90%以上。3.通过对卤族阴离子(Cl-1、Br-1、F-1、I-1)的电吸附去除实验数据拟合,从拟合相关系数R2可知,伪二级方程能更好的描述电极片对各种不同离子的电吸附性能,相关系数最高可达0.999。表明对卤族阴离子的电吸附行为更接近伪二级动力学模型所描述的吸附过程,即整个电吸附过程是一个外部液膜扩散、表面吸附和颗粒内扩散等的复杂过程。4.对硬度(Ca2+、Mg2+)的电吸附过程拟合得知,整个吸附过程符合伪二级吸附动力学方程,相关系数都在0.9以上,最高达到0.978,但在不考虑未活化电极的相关拟合参数下,颗粒内扩散模型拟合结果更能匹配实验结果,相关系数能达到0.983、0.987,均高于伪二级动力学模型,表明在整个除硬过程中,颗粒内扩散过程并不是唯一控制吸附速率的步骤,有可能存在着表面和颗粒内扩散两者并存的扩散模式,而且对硬度离子的去除过程主要是由中孔在控制着吸附速度,中孔率越大,单位吸附量越大,吸附时间也越长。
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