分级多孔炭的制备及电容脱盐性能的研究.doc

分级多孔炭的制备及电容脱盐性能的研究电容脱盐技术是基于电化学双电层原理的一种新兴、节能的脱盐技术,具有所需电压低、能耗小和无二次污染等优点,受到国内外研究学者的广泛关注。多孔炭由于原料来源广、廉价易得、比表面积大、孔结构可调和物理化学性质稳点等优点,常被用于电容脱盐。在多孔炭中,微孔为材料提供大的比表面积,有利于脱盐量提高,但微孔孔径较小,不利于离子的传输;中孔孔径较大,离子扩散阻力小,有利于快速脱盐,其表面积利用率高,但中孔炭的比表面积较小,脱盐量有限;大孔的比表面积很有限,对脱盐的贡献可以忽略,但大孔会减小离子的传输路径,加快脱盐速度。因此,具有微孔-中孔-大孔的分级多孔炭兼具高的脱盐容量和快速的脱盐速率。本论文采用模板法,活化法制备了三种不同的分级多孔炭,考察了它们的电容脱盐性能,具体内容如下:(1)以柠檬酸为炭前驱体,乙酸镍为模板,通过静电纺丝、固化、炭化和酸洗等过程,制备出中孔率高、表面具有炭壳的分级多孔纳米炭纤维。当柠檬酸与乙酸镍的质量比为1:1.5时,所得分级多孔纳米炭纤维的平均直径为88.7nm,比表面积、孔容积和中孔率分别达到218m2/g、0.40cm3/g和84.90%;电极片的单循环脱盐量和单位比表面积的脱盐量分别达到6.28mg/g和0.089mg/m2。(2)以柠檬酸铁为炭前驱体,KOH为活化剂,通过对柠檬酸铁直接一步炭化或一步炭化活化分别制备出分级多孔炭,并对活化后的多孔炭进行硝酸表面改性。柠檬酸铁经活化后孔径分布增加到16nm左右;比表面积、孔容积和中孔率分别达到2140m2/g、2.86cm3/g和82.87%;AC的单循环脱盐量和单位比表面积的脱盐量分别达到6.13mg/g和0.0089mg/m2。表面氧化后的多孔炭亲水性得到有效改善,接触角减小到104.4°,比表面积、孔容积和中孔率分别达到1960m2/g、2.28cm3/g和78.07%;AC-N的单循环脱盐量和单位比表面积的脱盐量分别达到7.47mg/g和0.0118mg/m2。研究发现中孔炭比微孔炭更有利于电容脱盐量的提高。(3)通过对高硫石油焦进行一步KOH活化和酸洗等过程,制备出不同含硫量的分级多孔炭。当石油焦与KOH的质量比为1:2时,比表面积、孔容积、中孔率和含硫量分别达到1051m2/g、0.56cm3/g、35.71%和1.07%;AC-2的单循环脱盐量和单位比表面积的脱盐量分别达到5.00mg/g和0.015mg/m2。研究发现含硫官能团能有效改善样品的脱盐量。