电容吸附法浓缩海水研究
海水中化学资源含量丰富,对其开发利用势在必行。电容吸附技术是通过施加静电场强制离子向带有相反电荷的电极处移动,具有能耗低,污染小,易操作等优点,使得其在海水资源开发利用方面的优势得到科学家的重视。多级孔炭具有丰富的孔结构和大的比表面积,已被广泛用做电极材料。本文采用两步法,首先制备介孔炭,后期对介孔炭进行活化造孔,制备出既有微孔又具有介孔的多级孔炭材料。将制备好的多级孔炭材料作为电容吸附技术的电极材料,研究了其在海水中的浓缩吸附性能。
首先,以聚醚F127、间苯三酚和甲醛为原料,采用活化法制备出具有介孔、微孔的多级孔炭材料,考察了升温速率、炭化时间等因素对介孔炭材料比表面积和孔结构形成的影响,利用BET、XRD、SEM对样品的组成和结构进行了表征。以氢氧化钾等为活化剂,制备出高比表面积的多级孔炭,考察了实验条件对产品性能的影响。发现:随着升温速率的增加,介孔炭材料的比表面积、孔容以及介孔表面积先增大后减小。10℃／min条件下可获得最优性能的介孔炭,其介孔表面积为324.47 m2·g-1,孔容为0.68 cm3·g-1,平均孔径为8.44 nm。随后又试验了三种活化剂对介孔炭的造孔作用,认为氢氧化钾是最好的活化剂。当KOH／MC的比例为4:1时,形成了大量的微孔结构,多级孔炭比表面积达到了1345.52 m2·g-1,其中微孔表面积增加到了663.36 m2·g-1,介孔表面积为682.16 m2·g-1,孔容为0.94cm3·g-1,主要孔径为4.70nm,且孔径主要集中在0-20 nm。
将KOH／MC的比例为4:1条件下得到的多级孔炭材料制备成电容吸附电极,采用三电极体系对其进行电化学性能测试。制备出的多级孔炭电极在扫描速率为10mV／s时,最大的单电极比电容为242.37 F·g-1。在不同大小的扫描速率下,该电极的电流随着电压变化曲线均是准矩形形状,体现出良好的对称性和电容特性。在自制的电容吸附装置中研究了其在海水中的浓缩吸附性能。发现:对海水中钙离子浓缩率最高为111.75％,镁离子为104.40％,钾离子为148.15％,钠离子为107.12％。
电容吸附;多级孔炭材料;比表面积;浓缩海水
中国海洋大学
硕士
海洋化学
袁俊生
2011
中文
P746.1
68
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）