活性炭纖維的電吸附脫鹽及離子選擇性能研究.pdf

1、電吸附脫鹽技術(shù)是一種前景廣闊的離子分離方法,具有低能耗、高效率、無污染等其它脫鹽技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。吸附容量和吸附速率是評價電吸附性能的主要指標(biāo)。影響吸附效果的因素包括:電極材料、設(shè)備結(jié)構(gòu)、運行條件、水質(zhì)條件等。所以,深入開展關(guān)于電吸附基礎(chǔ)理論和實際應(yīng)用方面的研究,不僅有重要的科學(xué)價值,而且有深刻的現(xiàn)實意義。
　　本文以活性炭纖維作為吸附電極,分析了電吸附過程的電化學(xué)性能,探討了電吸附的動力學(xué)、熱力學(xué)規(guī)律,并對多組分堿金屬、堿土金

2、屬離子溶液中活性炭纖維電極對不同離子的選擇吸附性能進行了研究。論文的主要研究成果如下:
　　(1)在分析雙電層電容組成模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合電極材料的孔徑分布,通過循環(huán)伏安測試,研究了影響雙電層電容的主要因素。結(jié)果表明:雙電層電容由微孔電容和中孔電容兩部分組成;掃描速率、溶液濃度、材料結(jié)構(gòu)是影響雙電層電容的主要因素;對于高濃度溶液,高掃描速率下的電容值與低掃描速率下的電容值相差不大;對于低濃度溶液,由于微孔的充放電響應(yīng)比較慢,高掃描速

3、率下的電容值比低掃描速率下的電容值小很多;微孔傳質(zhì)阻力大,導(dǎo)致微孔的比表面積利用率較低,對雙電層電容貢獻較少。
　　(2)通過分析不同濃度溶液的交流阻抗頻譜圖,對電吸附過程進行了等效電路解析,求出等效電路元件參數(shù)值,進而分析溶液的界面狀態(tài)。結(jié)果表明:活性炭纖維的電吸附過程可用R(C(RW))電路圖進行擬合;相同工作條件下,高濃度溶液的遷移電阻Rs較小,則實際施加在電極材料上的外部電壓相對較大,相應(yīng)電容值較大。
　　(3)通過

4、各種條件下的靜態(tài)電吸附實驗,研究了電壓、溶液濃度、溫度對電吸附容量和速率的影響。各條件下的吸附動力學(xué)都可以用Lagergren一級吸附動力學(xué)模型來描述;1.2V電壓下,活性炭纖維對 NaCl的吸附速率常數(shù)較開路時增加了13％,吸附速率的提高主要是由于靜電吸引力的增加;各條件下的吸附等溫線都可以用Langmuir和Freundlich吸附等溫模型來描述,但前者的擬合效果更佳;1.2V電壓下,活性炭纖維對NaCl的最大電吸附容量較開路時增加

5、了2.14倍,電吸附容量的增加主要是由于電極表面電荷密度的增強,吸附點位增多,不存在氧化還原反應(yīng);電吸附熱力學(xué)參數(shù)顯示,活性炭纖維對NaCl的電吸附過程是吸熱、非自發(fā)、熵變?yōu)樨?fù)的過程。
　　(4)在活性炭纖維電化學(xué)性能研究和電吸附動力學(xué)、熱力學(xué)研究的基礎(chǔ)上,進行了單組分、多組分堿金屬、堿土金屬離子溶液中,活性炭纖維對不同離子的電吸附選擇性能研究,測定了多組分溶液中各種離子在電吸附前后濃度的變化,計算了活性炭纖維對離子的電吸附容量。