改性活性炭流动电极的制备及其电容法脱盐研究

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流动电极电容法脱盐(FCDI)具有操作简单、脱盐效率高等优点,成为近年来备受关注的新型水处理脱盐技术。本文制备了两种荷电功能化的活性炭(AC)材料,重点研究了基于改性活性炭的流动电极中表面活性剂种类、活性材料与表面活性剂的比率对流动电极的分散性、稳定性及电化学性能的影响,探究了最佳制备工艺条件下流动电极的脱盐性能。分别采用化学氧化法和氨化处理两种方法对AC进行功能化改性,得到改性材料AC-O和AC-N。探究了表面活性剂种类(十二烷基硫酸钠SDS和十六烷基三甲基溴化铵CTAB)和含量对流动电极性能的影响。结果表明,以SDS为表面活性剂的AC-O流动电极,其Zeta电位为负值(-34.8 m V),且显著低于以CTAB为表面活性剂的AC-O流动电极的Zeta电位(21.3 m V),表明SDS表面活性剂对AC-O电极活性材料具有更好的分散效果,对应的流动电极比电容为16.4 F/g。以CTAB为表面活性剂的AC-N流动电极,其Zeta电位为正值(22.4 m V),且显著高于以SDS为表面活性剂的AC-N流动电极的Zeta(-1.75 mv),表明CTAB表面活性剂对AC-N电极活性材料具有更好的分散效果,对应的流动电极比电容为11.2 F/g。为进一步提高AC-N电极的流动性能,对AC-N流动电极中CTAB的含量进行了优化。结果表明,当CTAB与AC-N质量比为7:1时,AC-N流动电极的Zeta电位和比电容分别为23.5m V和13.6F/g,这表明该比率下的流动电极悬浮稳定性最佳。采用优化后的改性流动电极配置成对称和不对称的电极组件,并进行电容法脱盐实验研究。其中,对称FCDI组件为AC-O/SDS-AC-O/SDS和AC-N/CTAB-AC-N/CTAB,不对称FCDI组件为AC-O/SDS-AC-N/CTAB。饱和吸附试验结果表明,三种FCDI组件均表现出相同的吸附趋势。对称FCDI组件AC-O/SDS-AC-O/SDS的脱盐效率和平均电吸附速率分别为5.24%和0.688mg/(g.min-1),对称FCDI组件AC-N/CTAB-AC-N/CTAB相应值分别为5%和0.598 mg/(g.min-1);不对称FCDI组件AC-O/SDS-AC-N/CTAB的脱盐效率和平均电吸附速率分别为6.84%和0.955 mg/(g.min-1),表明非对称FCDI组件的脱盐性能优于对称FCDI组件。
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