【摘 要】
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电容法脱盐技术(CDI)作为一种新型的海水淡化技术被研究者们广泛关注。作为CDI的核心部分,电极的性能不仅与电极材料自身的性质有关,也与电极的成型方式密切相关。因此,本文对
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电容法脱盐技术(CDI)作为一种新型的海水淡化技术被研究者们广泛关注。作为CDI的核心部分,电极的性能不仅与电极材料自身的性质有关,也与电极的成型方式密切相关。因此,本文对新型的电泳沉积电极成型工艺(EPD)进行了深入研究,以导电石墨纸作为集流体、碳纳米管(CNT)作为电极活性材料,重点考察了工艺参数对电极成型和电极性能的影响规律。通过对比分析不同设计参数下制备的电泳沉积电极的比电容、充电电阻和比吸附量可知,电泳沉积成型工艺制备电容法脱盐CNT电极优化后的制备工艺参数为:添加剂(Al(NO3)3)用量为0.4 g(mCNT:m添加剂=5:1),沉积时间为30 min,电场强度为15 V/cm。并在相同CNT用量下,分别使用得到的电泳沉积和涂覆法优化后的电极成型工艺参数制备电泳沉积电极与涂覆电极,结果表明,电泳沉积电极的比电容(66.72 F/g)和比吸附量(23.93 mg/g)分别为涂覆电极的1.62倍和1.85倍,且具有更低的充电电阻,证明电泳沉积电极具有更强的电子储存能力和更快的电流响应,以及更高的离子吸附能力。为了提高CNT电极的电容法脱盐性能,分别制备氧化的碳纳米管(ox-CNT)、基于原始CNT进行水热法氮掺杂的碳纳米管(N-CNT)、基于ox-CNT进行水热法氮掺杂的碳纳米管(H/N-O-CNT)和基于ox-CNT进行烧结法氮掺杂的碳纳米管(S/N-O-CNT),将这四种功能化的CNT与原始CNT分别进行材料表征,结果表明H/N-O-CNT的外层管壁上出现了明显的卷曲和分叉,管径提高且出现了较多的端口;元素分析表明氮、氧元素被有效地掺杂到了H/N-O-CNT的结构中且分布均匀,且和官能团表征证明H/N-O-CNT上接枝了多种类型的含N化学键和官能团。使用前文得到的电泳沉积优化后的成型工艺参数将四种功能化的CNT与原始碳纳米管分别制备电极并进行电化学和饱和吸附测试,结果表明H/N-O-CNT电极具有最高的比电容(231.89 F/g)和最高的比吸附量(95.16 mg/g),分别是原始CNT电极的9.5倍和5.9倍,且具有较低的阻抗。同时反应温度作为水热掺杂的重要影响因素被考察,结果表明180℃为氮掺杂的最佳水热反应温度。因此证明,杂原子掺杂可以作为提高碳纳米管用CDI电极脱盐性能的有效方法及途径,从而在电容法脱盐中具有相当高的学术及应用价值。
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