層狀金屬化合物的制備及電容去離子脫鹽研究.pdf

1、隨著世界人口的增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及環(huán)境污染的日益加重，淡水資源的需求量與日俱增。因此如何從占世界總儲(chǔ)水量97%的海水和苦咸水中獲得廉價(jià)的淡水資源備受關(guān)注。目前海水淡化的技術(shù)主要包括蒸餾法、反滲透法和電滲析法等方法，而這些方法具有耗能高、易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)。與之相比，基于雙電層原理的電容去離子(Capacitive deionization,CDI)技術(shù)具有脫鹽效率高、能耗低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是近幾十年隨著碳材料科學(xué)的發(fā)展而備受青睞的新

2、型脫鹽技術(shù)。CDI研究的核心內(nèi)容是它的電極材料，電極材料的好壞是電容去離子能否獲得較高脫鹽性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性能的關(guān)鍵。近幾年層狀雙金屬氫氧化物由于其低成本、高氧化還原活性以及環(huán)境友好的特點(diǎn)廣泛引起了大家的注意，也為電容去離子脫鹽的材料來(lái)源開辟了新路。本課題主要圍繞層狀雙金屬化合物的制備及其在電容去離子脫鹽技術(shù)方面的應(yīng)用展開的，并探究了其與碳材料復(fù)合后的結(jié)構(gòu)及其脫鹽性能和循環(huán)穩(wěn)定性，具體如下：
　　(1)在堿性條件下通過一步水熱

3、法制備的層狀雙金屬化合物，通過高溫焙燒得到相應(yīng)的氧化物。將其作為CDI模塊的正極材料，分別以活性炭（Activated Carbon,AC）及硝酸處理的活性炭為負(fù)極材料，進(jìn)行脫鹽測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：制備的鎂鋁金屬氧化物具有良好的脫鹽循環(huán)穩(wěn)定性，與活性炭組成不對(duì)稱模塊經(jīng)過40個(gè)循環(huán)脫鹽量穩(wěn)定在2.4mg g-1。硝酸對(duì)負(fù)極材料的處理有效抑制了同名離子排斥效應(yīng)，使得脫鹽量在160個(gè)循環(huán)后仍能保持在5mg g-1。
　　(2)為了增強(qiáng)材

4、料的導(dǎo)電性能，從而提高電荷的遷移速率，引入了導(dǎo)電性能良好的石墨烯。通過一步水熱法制備了鎂鋁層狀氫氧化物/石墨烯復(fù)合物，在氮?dú)鈿夥障卤簾玫芥V鋁氧化物/石墨烯復(fù)合物，成功構(gòu)建了三維多孔結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了材料的導(dǎo)電性能，同時(shí)降低了石墨烯的團(tuán)聚。將制備的復(fù)合材料與硝酸處理的活性炭組裝成不對(duì)稱模塊進(jìn)行脫鹽測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明其具有良好的脫鹽性能，在1.0/-1.0V的電壓下，脫鹽量可達(dá)13.6mg g-1。實(shí)驗(yàn)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)焙燒溫度為400