活性炭與活性炭纖維電極的電容去離子技術(shù)研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展和人口的膨脹,環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重,淡水資源的短缺已經(jīng)開始嚴(yán)重影響社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程。近年來(lái)電容去離子技術(shù)的出現(xiàn)引起了廣泛關(guān)注,這種新型的脫鹽技術(shù)具有低能耗、無(wú)二次污染的特點(diǎn)。為了降低成本,本論文以廉價(jià)的活性炭(AC)與活性炭纖維(ACF)材料作為電容去離子電極,采用自行設(shè)計(jì)的去離子模塊,從電極的制備工藝、操作條件、溶液初始濃度以及離子特性幾個(gè)方面研究電容去離子技術(shù)的影響因素,然后對(duì)兩種材料進(jìn)行了對(duì)比研究,最后從電極材料的改性和去

2、離子模塊的優(yōu)化角度出發(fā),探究了增強(qiáng)電容去離子性能的途徑。論文得出以下結(jié)論:
　　1.活性炭電極的成型過(guò)程中,活性炭、PTFE粘結(jié)劑和石墨導(dǎo)電劑的最佳混合比例為85:10:5,最佳成型壓力為15MPa。酸洗作為活性炭纖維電極的預(yù)處理只能去除材料表面的灰分,并不能改變其微觀結(jié)構(gòu),對(duì)于提高電吸附性能作用有限;分別確定了兩種電極的最佳操作條件:工作電壓為1.5V,電極間距為1mm,AC電極和ACF電極的進(jìn)水流量分別為40mL/min和10

3、0mL/min;隨著溶液初始濃度的增加,電容去離子率逐漸降低,但電吸附容量卻有所增加;電吸附與離子價(jià)態(tài)和離子半徑有關(guān),隨著離子價(jià)態(tài)的增加,電容去離子率逐漸降低,隨著離子半徑的增加,離子去除率逐漸降低。
　　2.活性炭電極電容去離子率高于活性炭纖維,但是活性炭纖維具有較高的電吸附效率。同時(shí)活性炭纖維電極具有再生性能好、制備過(guò)程簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,AC電極和ACF電極的電吸附過(guò)程均符合二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程。兩種電極吸附特征均

4、符合Langmuir等溫線模型,說(shuō)明電吸附過(guò)程趨近于單分子層吸附。
　　3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)嘗試了兩種增強(qiáng)活性炭纖維電極電容去離子性能的方法。材料負(fù)載TiO2后電容去離子率從38.07％提高到了50.14%;在正負(fù)電極附近增加陰陽(yáng)離子交換膜后,對(duì)高濃度的含鹽廢水具有更顯著的處理效果,對(duì)于500mg/L的NaCl溶液,離子去除率從23.32%提高到了40.45%。同時(shí),優(yōu)化后的MCDI模塊電流效率高于原有的CDI模塊,說(shuō)明MCDI模塊能耗更