电容去离子脱盐技术：离子交换膜复合活性炭电极的性能

引言随着世界经济及工业的发展、人口的不断增长及环境污染的日益严重,淡水资源的需求量与日俱增。如何从占世界总储水量96%的海水中获得廉价的淡水在世界范围内日益受到关注。目前实现海     

竹炭基活性炭电极电容去离子模拟装置的研究

采用竹炭基活性炭在不同的工艺条件下制备电极,并组装成电容去离子模拟装置.考察了原材料的配比、电极厚度及载炭量对电极性能的影响,探索了溶液的pH、两极间的电压及两极间的距离与模拟装置去离子效果的关系.结果表明:最优化模拟装置去除废水中Cu2+、Pb2+等重金属离子可达75%左右.     

活性炭纤维电极的电容去离子脱盐试验研究

以活性炭纤维为电极材料研制液流式电容去离子模块,考察了电压、进水流量、进水浓度对其脱盐性能的影响。结果表明,活性炭纤维电极用于电容去离子脱盐具有吸附效率高、再生性能好的优点。对活性炭纤维进行载钛改性,改性后的电极单位吸附量提高了31.61%。对于电导率为7.31 mS/cm的电镀反渗透浓水,在21级电容去离子模块串联作用下,离子去除率高达95.21%。处理后的电导率与自来水相近,说明以活性炭纤维为电极的电容去离子技术具有广阔的应用前景。     

活性炭纤维电极的电容去离子脱盐试验研究

以活性炭纤维为电极材料研制液流式电容去离子模块,考察了电压、进水流量、进水浓度对其脱盐性能的影响。结果表明,活性炭纤维电极用于电容去离子脱盐具有吸附效率高、再生性能好的优点。对活性炭纤维进行载钛改性．改性后的电极单位吸附量提高了31．61％。对于电导率为7．31mS／cm的电镀反渗透浓水,在21级电容去离子模块串联作用下．离子去除率高达95．21％。处理后的电导率与自来水相近,说明以活性炭纤维为电极的电容去离子技术具有广阔的应用前景。     

电容吸附去离子方法的研究

电容吸附法脱盐是一种新开发的水处理技术,作者用商品活性炭纤维制成卷式和板式电极。电极间有液体流道,组成电容吸附去离子装置。电极充电时对流出的水进行脱盐。电极吸饱离子后电极短路,排出含高浓度盐分的水。实验的工作曲线与文章报导的结果相似。由于电极电阻较大,且活性炭孔径分布不理想,所以,在能耗和电吸附量上与国外有差距,有待改进。     

电压区间及开路电压对电容去离子性能影响研究

探究三电极工作体系下电压区间及开路电压对电化学除盐性能研究。选择活性炭、TiO₂/活性炭两种电极材料作为研究对象,依据体系的开路电压,设置不同的工作电压区间,采用循环伏安法获得电极的比电容值。结果表明,工作电压区间越大,电极比电容越大;越远离开路电压的电压区间,电极比电容越大。同时,TiO₂在特定烧结温度下,具有特定的晶形结构并呈现出不同的表面电位。300℃时,TiO₂颗粒表面电位最小(负值),Ti O₂/活性炭电极比电容最大。由此可见,改变电极材料的工作电压区间,可有效提高电化学除盐效率。     

活性炭纤维毡电极的电容脱盐性能研究

采用活性炭纤维毡作为自支撑电极材料,组装成电容器进行恒流充放电脱盐测试。循环伏安证明电容器具有理想的双电层电容特性。分别考察了目标电压、充电电流密度对活性炭纤维脱盐性能和电流效率的影响。结果表明,随着电压的升高,脱盐量增加,电流效率先增加后降低;当电流密度过低,脱盐产率太低,而过高的电流密度会导致脱盐量及电流效率的下降。电极表面的pH变化研究证明,随着电压的升高,电极表面碱化严重。     

水溶性带电聚合物黏结剂修饰炭电极用于增强电容去离子性能

电容去离子技术（capacitive deionization,CDI）是一种基于电吸附原理的新型脱盐技术,具有成本低、无污染、能耗小等优点。采用亲水性的羧甲基纤维素钠（CMC）和聚乙烯醇（PVA）黏结剂及其化学修饰得到的具有更多带电基团的磺化羧甲基纤维素（SCMC）和季铵化聚乙烯醇（QPVA）黏结剂制备活性炭电极,能进一步增强活性炭（AC）电极的亲水性和离子选择性。亲水性带电聚合物黏结剂依靠自身的电荷可以有效抑制阳极氧化的副反应,并增强离子吸附驱动力。在500 mg/L NaCl盐溶液,1.2/0 V电压下,AC-CMC//AC-PVA和AC-SCMC//AC-QPVA可分别获得14.58和17.39 mg/g的脱盐量,且在0.8/0 V电压下循环100圈之后,脱盐量的保持率分别为65.48%和80.53%。     

炭电极电容去离子技术研究进展

介绍了CDI技术的工作原理及电极材料的选择依据,对近年来基于炭电极(如活性炭、活性碳纤维、石墨烯等)的CDI技术研究进展、存在的问题及发展前景进行了总结和展望,认为活性炭兼具成本性能优势,适合工业化应用。新型炭材料的构建,有效的改性及复合技术,低成本的制备工艺是CDI炭电极未来研究重点,低能耗化应用、便携式、小型化CDI设备是未来发展方向。     

电容去离子研究进展

本文介绍了电容去离子的原理及特点，并从电容去离子的实验装置、理论模型和电极材料方面综述了电容去离子研究和应用开发的进展。     

聚吡咯修饰活性炭电极的电容去离子应用研究

采用化学氧化法制备了聚吡咯(PPy)/活性炭(AC)复合电极,并通过在制备过程中优化吡咯(py)与AC的质量比,提升复合电极的电容去离子性能.实验结果显示,PPy可有效提升复合电极的比电容,但在活性材料负载量增大时,电极充放电电容快速增大的同时,比电容明显下降;当m(py):m(AC)=0.4:1时,复合电极在高活性物质负载量下仍然显示出较高的充放电电容和比电容,有效提升了复合电极的电容去离子性能.     

Improvement in the capacitance of a carbon electrode prepared using water-soluble polymer binder for a capacitive deionization application

It is very important to increase the wetted surface area of a carbon electrode for high capacitive deionization performance. To increase the wettability of a carbon electrode, we fabricated carbon electrodes by using water-soluble polymer binder, polyvinyl alcohol (PVA). The electrochemical properties of the PVA-bonded carbon electrode were compared with another that was prepared using hydrophobic binder, polyvinylidene fluoride (PVdF). Electrochemical methods - cyclic voltammetry, chronoamperometry, and electrical impedance spectroscopy - were used to characterize the electrochemical properties of the electrodes. As might be expected, it was confirmed that the PVA-bonded electrode was more wettable than the PVdF-bonded one, based on contact angle measurements. From the cyclic voltammetric analysis, we found that the specific capacitance was 74.4-80.3 Fg⁻¹ for the PVdF-bonded electrode and 89.6-99.8 Fg⁻¹ for the PVA-bonded electrode, depending on the potential, indicating a 13.3-30.1% increase in specific capacitance. It was observed that the ac-signal penetrated micropores of the PVA-bonded carbon electrode more deeply than the PVdF-bonded one, resulting in a higher capacitance. This was attributed to the fact that the ac-signal was able to charge more inner surface sites because micropores in the PVA-bonded electrode could be wetted due to the PVA binder.     

Influence of oxygen treatment on electric double-layer capacitance of activated carbon fabrics

Oxygen treatment at 250°C on polyacrylonitrile-based activated carbon fabric was conducted to explore the influence of carbon-oxygen complexes on the performance of capacitors fabricated with the carbon fabric. Surface analysis showed that most of the oxygen functional groups created from the oxygen treatment were the carbonyl or quinone type. The performance of the capacitors was tested in 1 M H₂SO₄, using potential sweep cyclic voltammetry and constant current charge-discharge cycling. It was found that the Faradaic current, the contributor of pseudocapacitance, increased significantly with the extent of oxygen treatment, while the increase in the double-layer capacitance was minor. Due to the treatment the overall specific capacitance showed an increase up to 25% (e.g., from 120 to 150 F g⁻¹ at a current density of 0.5 mA cm⁻²). However, the distributed capacitance effect, the inner resistance and the leakage current were found to increase with the extent of oxidation. It is suggested that due to the local changes of charge density and the increase in redox activity the presence of the carbonyl- or quinone-type functional groups may induce double-layer formation, Faradaic current, surface polarity, and electrolyte decomposition.     

吸附电活性染料的活性炭电极电化学性能

采用商用活性炭（AC）吸附二元混合染料亚甲基蓝（MB）和胭脂红（AR18）,制备得到AC/(MB+AR18)电极材料。比较单一活性炭（AC）和吸附不同浓度的二元混合染料后的活性炭[AC/(MB+AR18)]的电化学性能。三电极体系的测试结果表明：在1mol/L H₂SO₄电解液中,当电流密度为1A/g时,吸附了浓度为400mg/L污染物的AC/(MB+AR18)比电容为182F/g,高于单一AC的比电容（109F/g）。随后选用性能最优的AC/(MB+AR18)-400作为电极材料,组装对称超级电容器器件,发现工作电压窗口从只用AC组装的对称超级电容器的1.1V提高到1.5V,电流密度为0.75A/g时,功率密度为843.84W/kg,能量密度可达32.23W·h/kg,远远高于AC组装的超级电容器(4.74W·h/kg),说明MB和AR18不仅为AC提供额外的法拉第电容,同时有助于提高其工作电压窗口。     

改性活性炭/碳纳米管复合电极脱盐性能研究

采用改性CNT*作为CDI电极导电剂,制备AC*/CNT*复合电极,考察其脱盐性能。利用BET、FTIR和TEM对AC或CNT的表面结构、官能团种类和分散性进行分析。利用电化学工作站和SEM对复合电极的比电容、阻抗和表面形貌进行分析。结果表明,通过改性,AC*的比表面积达到672.48 m2/g,增加了29.43%;CNT*的比表面积为117.39 m2/g,下降了9.94%,但其分散性得到有效改善。根据循环伏安测试和静态脱盐实验结果 ,按AC*∶CNT*∶PVDF=7.2∶0.8∶2质量比制备的电极效果最好,比电容高达130.48 F/g,比吸附量达到7.29 mg/g。     

KOH改性活性炭涂层电极的电容去离子性能研究

用KOH对市售的粉末活性炭进行表面改性。采用BET分析改性前后活性炭的表面结构,并采用活性炭涂层电极构建电容去离子吸附装置,研究改性后电极的去离子效果。研究表明:经过KOH改性后,活性炭的比表面积从519.25 m2/g增加到975.07 m2/g,提高了87.78%,中孔孔容占总孔孔容的百分比提高了48.28%,改性后活性炭的孔隙结构和孔径的分布更有利于溶液中的Na+和Cl-通过,提高了电极的吸附速率。     

活性炭负载金属Cu、Ag、Pd的吸附氯气性能研究

采用浸渍法制得了负载不同质量分数金属Cu、Ag和Pd的活性炭,并考察了其吸附氯气性能。研究表明,在相同温度和压力条件下负载金属Cu、Ag和Pd后,活性炭的氯气吸附性能有显著的提高。在30℃和0.28MPa,Cu、Ag和Pd负载量均为5%时,活性炭的氯气吸附量分别为32.73%、31.65%和32.55%;而相同条件下原活性炭的氯气吸附量为29.47%。