论文总字数：17826字

摘 要

本文以活性炭纤维为基本材料，分别采用KOH、TiO₂和Al₂O₃作为其改性剂，通过对基本材料和三种改性材料的除盐效果的对比，发现KOH改性活性炭纤维电极有最佳除盐效率。利用KOH改性活性炭纤维电极分别研究了电压、时间、极板间距、盐水浓度、盐水种类和进水流速对电容吸附除盐效果的影响。实验结果表明：在电压为2.3V，除盐时间为90min，极板间距为1cm，氯化钠浓度为500mg/L的静态实验条件下，KOH改性活性炭纤维电极的除盐效率最佳，达到47.1%；在电压为2.3V,极板间距为1cm，氯化钠溶液的进水浓度为500mg/L，进水流速为1mL/min的动态实验条件下，改性活性炭纤维电极的除盐效率最佳，达到22.2%。

关键词：电容吸附；改性活性炭纤维；除盐

Study on capacitive deionization with modified activated carbon fiber electrodes

Abstract

The experiment used activated carbon fiber as basic material. We used KOH, TiO₂ and Al₂O₃ as its modifier respectively,by comparing the effect of raw material and three other materials, we found that activated carbon fiber modified by KOH had the highest absorbed efficiency. Then,by using the KOH modified activated carbon fiber,the experiment explored the influences of voltage, time, plate spacing, concentration of salt water, saline species and inlet velocity on desalination efficiency. The results showed that under the conduction of voltage 2.3V, desalting time 90min, influent concentration 500mg/L, electrode spacing 1cm,the static optimal desalination efficiency achieved 47.1%;under the conduction of voltage 2.3V, electrode spacing 1cm, the velocity of 500mg/L, NaCl was 1mL/min, the dynamic optimal desalination efficiency was 22.2%.

Key Words: Capacitance adsorption; Activated carbon fiber; Desalting

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 1

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2除盐方法 1

1.3电容吸附除盐法 1

1.4改性活性炭纤维的简述 2

1.5研究进展及应用现状 2

1.6研究目的和内容 3

1.6.1研究目的 3

1.6.2研究内容 3

第二章 实验装置及方法 5

2.1实验材料及仪器 5

2.1.1实验材料 5

2.1.2实验仪器 5

2.2实验装置和方法 6

2.3改性活性炭纤维的制备 6

2.3.1 0-ACF的制备（预处理） 6

2.3.2 KOH-ACF的制备 6

2.3.3 TiO₂-ACF的制备 6

2.3.4 Al₂O₃-ACF的制备 7

2.4分析方法 7

2.4.1电导率 7

2.4.2比吸附量 8

第三章 改性活性炭纤维电极除盐的影响因素 9

3.1最佳改性方式 9

3.1.1 0-ACF 9

3.1.2 KOH-ACF 10

3.1.3 TiO₂-ACF 10

3.1.4 Al₂O₃-ACF 11

3.1.5确定最佳改性方式 11

3.2电压 12

3.3除盐时间 14

3.4极板间距 16

3.5 进水浓度 17

3.6盐种类 19

3.7 本章小结 20

第四章 电极材料的表征与分析 22

第五章 KOH改性活性炭纤维电极动态除盐的探究 24

5.1不同流速下电极的动态除盐 24

5.2吸附-脱附循环再生实验 25

5.3本章小结 26

第六章 结论与展望 27

6.1结论 27

6.2展望 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪 论

1.1引言

水是生命的源泉，是一切生物赖以生存的基础。地球上72%的面积被水覆盖，其中咸水占所有水资源的99.5%，在剩下的淡水中只有不到1%的水（约0.007%的水）可被人类直接利用。随着经济社会的快速发展和人口的迅速增长，水资源的缺乏以及分布不平衡现象间接导致了世界经济的两极分化的现象。不合理的开发利用和不先进的环保技术使水生环境迅速恶化。水资源的缺乏，是世界面临的重大挑战，解决水的循环利用技术问题成为解决水资源短缺的突破口，人们越来越重视废水如中水、生化尾水等的除盐处理和回用情况。

1.2除盐方法

除盐技术的应用十分广泛，比如海水淡化、苦咸水除盐和污水处理等过程。按照除盐原理可将水的除盐技术分为化学除盐、物理除盐、膜分离除盐。物理除盐的方法有蒸馏法等，化学除盐的方法包括离子交换法等，膜分离除盐的方法有ED技术、RO技术和EDI技术和EST技术等^[1]。不过，传统的废水除盐方法中，蒸馏法能耗高，盐渣难处理^[2]；离子交换法产生二次污染^[3]，电渗析、反渗透处理技术投资大且维护繁琐^[4-6]，会产生高浓度盐水，不能满足废水回用的需求。

因此，为了能够很好的解决上述除盐过程中产生的各种问题，并且摆脱现存除盐技术的局限性，电容吸附除盐法作为一种环境友好的新的除盐技术应运而生并且受到了广泛关注。

1.3电容吸附除盐法

电容吸附，又称电吸附，是一种将电化学理论和吸附分离技术融合的除盐方式^[7]，它以电化学双电层充电原理为基础。盐类在水中以正负离子的状态存在，因此极板在通电的状态下，水中存在的正负离子或其他带电粒子在电场力的作用下移动到与之带相反电性的电极表面，水中的各种盐类以及其他物质脱离溶液并且在电极表面聚集，从而达到除盐的目的。当电极的吸附过程达到饱和时，停止通电，将两个电极极板短接，此时吸附于电极表面的粒子在电压的作用下能够从电极表面脱附，从而实现电极的重复利用。因此电容吸附除盐法不会对环境造成二次污染，具有节约能源、环境友好、效率高和操作简单等特点。

本文通过对活性炭纤维电极表面改性，一定程度上提高了除盐通电电压和除盐效率。

1.4改性活性炭纤维的简述

电容吸附的除盐处理效率主要由电极材料决定，吸附能力强的电极材料能够大大提高电容吸附的除盐效率。依据电容吸附过程的基本原理可知，电极极板的除盐吸附量Q和它的比电容C呈线性关系，因此使用单位面积吸附容量大的多孔的电极材料能够极大的提高极板的静电除盐效率。除了比表面积以外，作为静电吸附的电极材料还需要具有易于成型导、电性能好、化学性能稳定等特点。活性炭材料具有吸附容量高、成本低、比表面积大等优异电极材料所需的特点，符合电吸附除盐材料的基本要求，因此活性炭吸附剂材料在食品、医药、环保和化学等工业领域中得到广泛应用^[8]。当前主要用于电吸附除盐领域的电极材料有炭气凝胶、活性炭纤维、炭毡、炭纳米管、炭泡沫等。

请支付后下载全文，论文总字数：17826字