基于竹炭基活性炭电极的电吸附去离子性能的研究

在高温和空气隔绝的条件下利用竹节炭化制备高比表面积活性炭,以竹炭基活性炭作电极的吸附材料,考察了活性炭电极在通电的情况下对溶液中金属离子的电吸附去除性能,详细研究了电压、两电极片间距和溶液的pH值对电容去离子效果的影响.结果表明,当电压为1.55V、电极片间距为2.0cm、pH值为5.16时,电极的去离子性能达到最佳状态,对不同类型金属离子的去除效果次序分别为:Cu2 >Cr3 ;Cu2 >Pb2 >Cr3 >Cd2 >Ca2 >Mg2 ;Na >K .     

电容去离子碳基电极材料的研究进展

电容去离子(CDI)技术具有能耗低、再生效率高、无二次污染、易于操作等优点,在解决水资源短缺和水环境污染方面应用广泛。开发具有高电化学性能和盐吸附能力的电极材料是CDI脱盐的关键。碳材料因其高比表面积、丰富的孔隙结构、优异的导电性和良好的稳定性而被广泛用作CDI电极。本文在介绍CDI技术基本原理的基础上,综述了5类典型碳基电极材料的研究进展,重点是材料设计和改进的吸附性能。对比分析了不同种类电极材料之间的优缺点,探讨了工业化存在的问题及改进方向。     

聚离子液体/三聚氰胺碳基材料的制备及电化学性能

将三聚氰胺和聚[3-氰甲基-1-乙烯基咪唑双(三氟甲磺酰基)酰亚胺]（PCMVImTf2N）以不同质量比原位复合作为前驱体,经高温煅烧制备得到多孔碳基催化剂。研究结果表明：当三聚氰胺与聚离子液体PCMVImTf2N的质量比为1:7时,制得的NC-7在0.5 mol/L硫酸（H2SO4）电解液中显示出最佳的电催化析氢能力;在电流密度为10 mA/cm2时,其过电位为117 mV,对应的Tafel斜率为46 mV/dec,性能优于众多无金属电催化剂。     

PANI/MnOC生物质碳基电极材料的制备及电化学性能研究

聚苯胺(PANI)在连续充放电后出现结构塌陷,导致其循环稳定性变差的问题.采用原位聚合技术,使苯胺在生物质碳(MnOC)材料表面发生原位聚合,控制PANI颗粒在MnOC表面有序生长,制备的PANI/MnOC复合电极材料同时具备MnOC双电层电容和PANI法拉第赝电容的特征.对材料的分析测试结果表明,PANI/MnOC复...     

西瓜皮基生物质碳气凝胶的制备及对染料的吸附

生物质副产物作为原料合成的吸附剂具有种类多、来源广、成本低等优点,将其用于含染料废水的处理,具有较高的可行性。有鉴于此,本工作以西瓜皮为原料,采用水热-冷冻干燥法制备生物质碳气凝胶(WUA),将其用于对阴、阳离子型染料的吸附,并进一步考察溶液pH值、初始浓度、共存盐浓度、温度等对吸附行为的影响。结果表明:WUA对刚果红(CR)和孔雀石绿(MG)均表现出较好的吸附效果,在近中性溶液环境中,MG的吸附量明显大于CR的吸附量。同时,WUA对染料的吸附具有较好的抗共存离子影响的能力,在高浓度NaCl溶液体系中对CR和MG仍具有较高的吸附量。结合WUA和染料分子结构分析,静电吸引和氢键是吸附过程的主要驱动力。     

淀粉基磁性复合材料的制备及重金属离子的吸附

随着社会和工业化进程的快速发展,水体中的重金属离子对环境以及人类的健康有着严重的危害,人们对含重金属离子废水的处理问题越来越重视。以淀粉为模板,通过共沉淀法和改变反应条件(淀粉-铁离子比例、铁离子-氢氧化钠比例、反应时间和反应温度)制备了多种Fe_3O_4纳米颗粒,并探究了不同吸附条件(吸附时间、pH值、温度和Cu~(2+)的浓度)其对Cu~(2+)的吸附性能的影响。研究结果表明,吸附时间为1 h,pH值为11,温度为50℃,对Cu~(2+)的浓度为0.338 mmol/mL的废水的吸附效果最佳,均达90%。     

ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料的制备及对镉离子的吸附性能

主要将通过磁控溅射技术制备所得的氧化锌@聚丙烯腈(ZnO@PAN)静电纺丝纳米纤维膜材料,利用溶剂热反应合成金属有机框架材料ZIF-8@聚丙烯腈(ZIF-8@PAN)纳米纤维膜材料,后经过900℃高温煅烧工序制备ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料,并将其应用于水体中重金属离子镉的吸附。X射线衍射、红外光谱、扫描电镜分析表征结果表明,ZIF-8成功地在PAN纳米纤维膜上原位生长,经过高温煅烧,ZIF-8的结构并未明显改变。ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料在水溶液中对镉离子具有良好的吸附效果。探究证明,吸附过程中,在溶液为中性条件下,且水浴加热35℃时,镉离子吸附效果最好,吸附效率最高可达到88%左右。     

碳纤维/石墨基电控离子分离NiHCF膜电极制备与表征

在碳纤维/石墨基体上通过毛细化学沉积法制备出具有高离子交换容量与高稳定性的铁氰化镍(nickel hexacyanoferrate,NiHCF)薄膜电极.采用循环伏安法考察了在石墨颗粒粒径100μm、PTFE含量0.05g/g石墨、乙醇量4ml/g石墨、制膜液浓度0.1mol/L(含1.07mol/L乙醇)条件下得到碳纤维/石墨基膜电极的离子交换容量、循环寿命与再生能力;并通过SEM、XPS分析了膜电极表面形貌、组成.研究结果表明,此多孔石墨基体电极比表面积大,沉积得到的NiHCF膜具有较大的离子分离能力、良好的循环稳定性与再生能力,可用于电化学控制离子分离(electrochemically controlled ion separation, ECIS)过程.     

木质素基树脂的制备及其对重金属离子的吸附性能

以木质素磺酸钠为原料,利用反相悬浮聚合技术,成功制备木质素基树脂.研究了木质素基树脂的制备工艺及其对重金属离子Pb2+、Cd2+的吸附性能.结果表明,优化的聚合条件为:液体石蜡与反应水溶液的相比为3:1、分散剂占有机相百分含量为2%、温度为90℃、盐酸浓度为3mol/L、甲醛占木质素磺酸钠百分含量为9%、聚合时间为2h.30℃时,所制备的树脂对Pb2+、Cd2+的饱和吸附量分别达到33.6523mg/g和30.12mg/g.所制备的木质素基树脂有大量羟基和磺酸基等含氧基团存在,非常有利于它对重金属离子的吸附.木质素基树脂的比表面积为0.0963m2/g,孔容为0.002389cm3/g,平均孔径为99.2208nm,表明该树脂具有大孔树脂的结构特点.     

PVDF/PAMAM复合膜的制备及对铜离子的吸附性能

超支化聚合物聚酰胺-胺(PAMAM)含有大量端氨基和酰胺基团,可以通过络合配位作用吸附重金属离子,增加代数可进一步提高其吸附能力。本工作将不同代数的PAMAM分别与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,通过浸没沉淀相转化法制备出能够吸附铜离子的PVDF/PAMAM复合膜。利用红外光谱(ATR-FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电镜(FESEM)以及原子力显微镜(AFM)等表征手段对膜的结构与形貌进行表征。通过纯水通量测试可知,膜的纯水通量由PVDF膜的64.86 L/(m~2·h)提高到PVDF/G4.0 PAMAM复合膜的424.00 L/(m~2·h),膜的亲水性得到显著提高。重金属离子静态吸附实验表明,PVDF/PAMAM复合膜对铜离子的吸附量由PVDF膜的2.60 mg/g提高到22.65 mg/g,提高了约7.70倍。通过分析吸附等温线可知,PVDF/PAMAM复合膜能够持续吸附铜离子,在550 min时还能够持续吸附,吸附动力学符合准二级动力学模型,属于化学吸附。PVDF/PAMAM共混拓宽了PVDF膜在吸附重金属领域的应用。     

三维石墨烯基多孔碳材料的制备及对污染物的吸附性能研究进展

一维的碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)和二维的氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)是常见的碳纳米材料,被广泛应用于环境污染物的吸附去除。它们在水体中易发生团聚和堆积,使其在实际应用中受到限制,因此急需寻找新型吸附碳材料。近十年来,随着对碳基纳米材料的深入研究,三维石墨烯基多孔碳材料(Three-dimensional graphene-based porous carbon materials,3D GBMs)引起了研究者的密切关注。3D GBMs是由石墨烯基纳米材料在一定条件下组装形成的多孔碳材料。它不仅具有高孔隙率和大表面积的特点,还有良好的力学性能,且易于回收和循环利用。3D GBMs因继承了单体材料的性能,已成为近年来研究的热点。根据3D GBMs独特的结构和性能,其已被应用于环境修复、催化剂和能源储存等诸多领域。然而,关于3D GBMs的研究依然存在一些挑战。例如,前驱体的原材料、尺寸、p H值可能影响3D GBMs的吸附性能;制备方法有待选择和优化,冷冻干燥处理过程对3D多孔结构的破坏等,这将直接影响3D GBMs性能的发挥。因此,3D GBMs的制备流程需要进一步深入探讨,以期更好地满足实际应用的需求。目前,研究者通过水热还原、化学还原及化学气相沉积等方法制备了不同性能的3D GBMs。不同的制备方法归根结底是对3D GBMs进行各种功能化处理。研究发现,通过不同处理方式功能化的3D GBMs吸附剂,均可对目标污染物达到良好的去除效果。然而,3D GBMs的吸附性能受多种因素影响,其中合成环节是研究3D GBMs吸附性能的主要关注点。这是因为前驱体、制备条件及干燥过程等均能影响3D GBMs的结构和性能。了解不同制备过程对3D GBMs吸附性能的影响,将有助于推广其在环境污染治理领域的应用。本文总结了3D GBMs不同的制备方法,同时以制备流程为主线,重点论述了各制备环节对3D GBMs吸附性能的影响。最后,提出了三个主要的展望方向:水凝胶在实际应用中的角色剖析、表面积测定新方法、3D GBMs的潜在环境风险。本文不仅能推动3D GBMs在水处理领域的发展,而且也将为其在其他领域的制备和应用提供理论指导。     

聚酰亚胺基氮掺杂碳电极材料的制备及电化学性能研究

由于氮掺杂多孔碳材料不仅保留原有材料的高比表面积、高孔隙率和发达的孔道结构等优势,还兼具杂原子良好的润湿性能和导电性,被广泛应用于超级电容器电极材料的研究。以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为原料,通过水热法,在高温高压的条件下,分子链进行“自上而下”的折叠,形成三维纳米微球结构。借助对纳米球的高温热解,使氮元素保留在碳材料中,得到含有大量微孔和介孔结构的掺杂氮碳微球。当碳化温度达到800℃时,PI碳球具有709.39m²/g的高比表面积和良好的氮掺杂率,很大程度上提高了此类电极材料的比电容和润湿性能。电化学测试表明,当扫描速率为0.5A/g时,电极材料能够达到253.6F/g的比电容,且在电流密度达到10A/g时,电极材料的电容保持率为59.6%。同时,在循环10000次后,比电容保持率出现涨幅达到105%,具有优异的循环稳定性。综上,通过自组装和氮掺杂的有效结合,制备的3D氮掺杂多孔碳微球具有理想的电化学性能,为制备超级电容器电极材料提供了一种可供参考的工艺。     

石墨烯基电容去离子电极材料的制备及其性能

石墨烯是2004年制备出的单层碳原子二维材料,具有比表面积大、导电性高等优点,近年来在电容去离子中作为电极材料的潜力逐渐受到关注。总结了自2009年第1篇相关文献发表以来石墨烯或其复合物(统称为石墨烯基电极材料)作为电容去离子电极材料的文献。首先总结了石墨烯基电极材料的制备技术;之后对石墨烯基电极材料的电极性能参数(比电容、比表面积、平均孔直径、导电性等)进行了归纳和比较;进一步讨论了不同石墨烯基电极材料应用于电容去离子的电吸附性能,并与其它碳电极材料作了对比;最后对石墨烯基电极材料用于电容去离子的研究方向作了展望。     

掺杂钛炭气凝胶电极的制备及电吸附脱盐性能的研究

以间苯二酚、甲醛、钛酸丁酯为原料,分别采用乙醇、异丙醇和水作为溶剂,通过溶胶-凝胶、超临界干燥、高温炭化制备掺杂钛炭气凝胶。通过XRD和TEM分析表明,以乙醇为溶剂可以制备出均匀掺杂锐钛矿晶型的TiO2纳米粒子的炭气凝胶。将制得的掺杂钛炭气凝胶电极应用于电吸附模块进行电吸附脱盐实验,考察了掺杂钛量、电压、溶液浓度对电吸附的影响,以及掺杂钛炭气凝胶电极的循环再生性能。结果表明掺杂TiO2可以极大地抑制物理吸附和提高电吸附量,掺杂20%TiO2的炭气凝胶单位电吸附量是不掺杂TiO2时的4.5倍,其总吸附量接近11mg/g,是一种理想的电吸附电极材料。在1.5V电压下溶液浓度的提高可以提高吸附量,并且经过12次吸附再生过程后掺杂钛炭气凝胶电极的电吸附性能仍然保持稳定,可循环再生性能良好。     

巯基化石墨烯/碳纳米管/三聚氰胺泡沫复合电极的制备及在电吸附除铜中的应用

通过将一定量的多壁碳纳米管(MWCNT)与氧化石墨烯(GO)水溶液混合,以硫氢化钠(NaSH)为改性剂,三聚氰胺泡沫(MF)为复合材料的骨架,制备出带有巯基(-SH)的TrGO/MWCNT/MF复合电极。利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和循环伏安法(CV)分别研究了复合电极的形貌特征、化学结构和电化学性能。在静电场的作用下,用TrGO/MWCNT/MF电极吸附水中的铜离子,结果表明,在铜离子溶液浓度为250 mg/L、pH为5.5和电压为0.8 V时,吸附平衡容量能达到227.06 mg/g。此外,还考察了TrGO/MWCNT/MF电极吸附铜离子的机理,发现该电极吸附过程符合Pseudo-second-order动力学模型与Freundlich等温模型。重要的是,该复合电极在6次电吸-脱附后表现出较好的循环再生性能。     

电极制备工艺对褐藻多孔碳双电层电容性能的影响

为探究电极制备过程对材料双电层电容可能带来的变化,以褐藻为前驱体制备多孔碳,研究了电容测试过程中碳颗粒尺寸和电极制片压力两种工艺参数对其双电层电容性能的影响规律.通过将多孔碳粉末严格筛分成5组不同的尺寸,分别制成电极并测试其充放电性能和循环伏安曲线,得到比电容随颗粒尺寸变化的规律;再选取优化尺寸的多孔碳,在4种不同的压力下制成电极片,进而研究了不同制片压力对电极电容的影响规律.研究表明,在微米级,所制电极的比电容随碳颗粒尺寸的减小显著增加,同时随制片压力的增大,比电容先增大后减小.本实验条件下,碳颗粒尺寸小于25μm、制片压力为10 MPa(对应电极片所受真实压强约619 MPa)时,得到的电极片具有最高的比电容值.     

KOH/TiO2-AC涂层电极制备及其电吸附除盐性能研究

通过溶胶凝胶法对KOH浸渍改性后的活性炭(AC)进行TiO2的负载,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、比表面积及孔径测试(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等对材料进行表征,并将复合材料做成涂层电极用于电吸附研究.结果表明,TiO2成功负载在AC上,晶型为锐钛矿型,并且表面存在着C-O...     

一种含亚胺基的螯合型吸附剂的制备及对钯离子的吸附

为制备一种能螯合钯离子的新型含亚胺基团的吸附剂,首先对聚丙烯无纺布(PP)进行预辐照接枝丙烯腈(AN),然后进一步和二乙烯三胺(EDTA)反应。结果表明,胺化反应时间越长,腈基基团转化为亚胺基团的转化率越高。当温度高于120℃,有一部分聚丙烯溶解于胺化试剂中。考察了吸附时间和钯离子初始浓度对吸附量的影响。结果表明,制备的螯合型吸附剂对钯离子的吸附性能良好。对接枝后和胺化后的样品用红外光谱仪和差示扫描量热仪进行了表征。     

壳聚糖/明胶复合微球的制备及对铬离子的吸附性能

壳聚糖具有较高的吸附性能,明胶高分子链上有氨基、羟基、羧基等活性基团,对六价铬Cr(Ⅵ)具有一定的吸附螯合作用。本工作采用乳化交联法制备壳聚糖/明胶复合微球,以微球对Cr(Ⅵ)的去除率为指标,通过正交实验优化微球制备条件,并利用扫描电镜对微粒形貌进行表征。在研究复合微球对水体中Cr(Ⅵ)的吸附性能时,考察了吸附剂用量、pH值、吸附时间、温度等因素对吸附容量的影响。结果表明,壳聚糖/明胶微球的最佳制备条件为壳聚糖/明胶质量比1∶2,乳化时间40 min,乳化剂span80用量6 mL,水油比1∶7(体积比),乳化温度60℃;最佳吸附条件为:吸附剂用量2 g/L,pH值4,温度35℃,吸附时间120 min,在该条件下微球对Cr(Ⅵ)的去除率为95.5%。     

碳纳米管薄膜电极的制备及电容吸附性能

采用低压CVD法制备得到的金属镍基碳纳米管薄膜直接作为电容去离子器（CDD）的电极材料，并对碳纳米管薄膜进行了扫描电镜观察和比表面与孔径分析，探讨了该电极材料的电容吸附性能。NaF溶液的吸附实验结果表明：该电极材料的去离子效果明显、且可再生和重复使用。