检索结果-南通市图书馆

作者：宫傲南开大学

学位级别：硕士

在全球淡水资源短缺问题日趋严峻的大环境下,电容去离子（Capacitive deionization,CDI）作为最有应用前景的新型海水淡化脱盐技术之一,近年来得到了越来越广泛的关注和研究。在种类繁多的电极材料中,普鲁士蓝（Prussian blue,PB）由于... 详细信息

在全球淡水资源短缺问题日趋严峻的大环境下,电容去离子（Capacitive deionization,CDI）作为最有应用前景的新型海水淡化脱盐技术之一,近年来得到了越来越广泛的关注和研究。在种类繁多的电极材料中,普鲁士蓝（Prussian blue,PB）由于其独特的开放框架结构和高的理论容量脱颖而出,被视为理想的CDI电极材料之一。然而,PB容易发生颗粒团聚、导电性能不佳、循环稳定性差等问题也限制了其在大规模实践中的应用。本论文聚焦于PB的改性优化,旨在制备兼具高脱盐容量和高循环稳定性的新型PB复合材料,以促进CDI技术的进一步发展。通过与碳基材料复合以及颗粒微观形貌优化的改性策略制备了普鲁士蓝/三维氮掺杂碳框架（PB/3DNC）和阶梯状刻蚀普鲁士蓝/碳纳米管（SHPB/CNTs）两种新型普鲁士蓝复合材料,表征测试了它们的材料特征、电化学性能,并构建摇椅式电容去离子（Rocking chair capacitive deionization,RCDI）系统着重考察脱盐性能。主要研究内容及结论如下:（1）引入碳基材料改性PB以制备高性能复合电极材料。通过简单的模板法合成了三维氮掺杂碳框架（3DNC）,并以此作为生长平台,成功制备了PB/3DNC复合材料。得益于3DNC的高比表面积和高电导率,PB/3DNC在有效避免颗粒堆叠聚集的同时,整体导电性也得到了一定幅度的改善。与未复合3DNC的PB相比,PB/3DNC在脱盐性能和循环稳定性方面都有所提升。在1.0V操作电压和50 m M初始盐溶液浓度条件下,PB/3DNC组装的RCDI装置表现出96.8 mg g的脱盐容量,并在30个循环后仍保持初始脱盐容量的92.6%。此外,通过XPS测试发现,铁元素的价态变化在钠离子嵌入嵌出PB晶格空隙的过程中起到重要作用。（2）在与碳基材料复合的基础上,提出颗粒微观形貌优化的方法,通过双重策略进一步提高PB的脱盐性能。在水热法合成PB的过程中,以苯甲酸作为刻蚀剂使PB颗粒表面逐层剥离,从而形成独特阶梯状刻蚀形貌的颗粒（SHPB）。这种独特的微观形貌可以有效增加与电解质的接触面积,缩短离子扩散到体心的路径。SHPB与螺旋多壁碳纳米管复合组成的SHPB/CNTs表现出103.4 mg g的高脱盐容量。同时,异位XRD测试证明阶梯状刻蚀结构可以为长期循环过程中的晶体形变提供缓冲空间,因而SHPB/CNTs表现出杰出的循环稳定性。本研究表明,与碳基材料复合及颗粒微观形貌优化是有效提高PB电容去离子性能及循环稳定性的策略,这为普鲁士蓝复合材料的设计和合成提供可以参考的新思路。

关键词：电容去离子普鲁士蓝复合材料海水淡化法拉第电极

PBA基电极材料电容脱盐法选择性去除/提取水中金属离子的研究

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PBA基电极材料电容脱盐法选择性去除/提取水中金属离子的研究

作者：鲍阳南京信息工程大学

学位级别：硕士

目前,水资源短缺正在加剧,而与其他传统脱盐技术相比,电容脱盐技术（CDI）具有环境友好、能耗低等优点在海水淡化领域引起了广泛关注。相比于传统碳基材料组成的CDI电极展现出的低盐吸附能力,插层材料通过氧化还原反应将阳离子插入晶格... 详细信息

目前,水资源短缺正在加剧,而与其他传统脱盐技术相比,电容脱盐技术（CDI）具有环境友好、能耗低等优点在海水淡化领域引起了广泛关注。相比于传统碳基材料组成的CDI电极展现出的低盐吸附能力,插层材料通过氧化还原反应将阳离子插入晶格中展现出更高的脱盐能力。同时这类电极材料在重金属离子去除和卤水提锂应用上也呈现巨大优势。本论文以类普鲁士蓝材料来制备电极,组装成摇椅式电容脱盐装置（RCDI）分别探究其脱盐和金属离子选择性去除/提取性能。主要研究内容和结果如下:（1）铁氰化镍（NiHCF）的组分/结构调控可显著改变其脱盐性能。在NiHCF上涂覆碳可以有效提高合成的NiHCF@C电极的长期循环稳定性,但碳膜部分堵塞了PBA框架中的离子输运孔,降低了其对盐的吸附能力。在NiHCF上共涂碳和氮会对NiHCF@N/C的脱盐能力和循环稳定性产生不利影响,这是由于原始NiHCF与合成过程中氮前驱体之间发生了副反应。但与传统的NiHCF相比,通过螯合剂辅助共沉淀法获得的高结晶度NiHCF立方体（即NiHCF-HQ）显示出的脱盐能力明显增强,但循环稳定性较差。然而,通过HCl蚀刻高结晶NiHCF立方体获得的NiHCF纳米骨架（即NiHCF-NF）在这些研究电极中不但具有最高的脱盐容量(如在500 mg·L Na Cl溶液中,1.2V电压条件下达到了121.38 mg·g),而且还具有很好的循环稳定性。此外,这些NiHCF电极对Na的选择性高于Ca和Mg离子,如NiHCF-NF电极对Na对二价Ca和Mg离子的选择性在3.35-13.13之间。总体而言,具有骨架结构和高结晶性的NiHCF-NF在海水淡化方面具有巨大潜力,特别是在优先去除盐水中的Na离子方面。（2）通过组分/结构调控策略合成了立方结构、纳米核壳结构、纳米骨架结构三种类普鲁士蓝材料,并通过碳布负载制备了类普鲁士蓝/碳布复合电极。脱Pb实验表明,相比于立方结构、纳米核壳结构,具有纳米骨架结构的CuNiHCF-NF@s CC和Cu Mn HCF-NF@s CC电极展现出最高的脱Pb能力(如在1000 mg·L的Pb溶液中,1.2V电压条件下Cu Mn HCF-NF@s CC电极的SAC达到了194.6 mg·g)。表明纳米骨架结构类普鲁士蓝材料更有利于进行脱Pb。通过比较两种电极对Pb的选择性,结果表明,CuNiHCF-NF@s CC电极即使在100 mmol的高浓度Na存在的情况下,对Pb的选择性也依然达到了1.7,展现出优秀的Pb选择性。在Ca、Mg二价离子的混合溶液中,CuNiHCF-NF@s CC电极也展现出优异的Pb选择性,在等摩尔的Pb和Mg(Pb,Mg=10 mmol)溶液中,Pb对Mg的选择吸附因子达到了8.53。（3）将PBA与锂离子筛复合得到PBA/LIS复合电极,通过RCDI系统研究其对模拟含Li废水及东台吉乃尔盐湖卤水的Li离子吸附性能。结果表明,相比于α-Mn O核NiHCF壳结构的α-Mn O@NiHCF,NiHCF核（δ）λ-Mn O核结构的NiHCF@λ-Mn O和NiHCF@δ-Mn O具有更强的提锂能力。提锂容量分别为30.22、125.93和82.99 mg·g。循环稳定性实验结果表明,经过40次循环后,NiHCF@λ-Mn O电极依然达到了初始脱盐能力的78.4%,展现出较为优良的循环稳定性。选择性提Li实验结果表明,对合成卤水（最大吸附量为2.28 mmol）和东台吉乃尔盐湖卤水（最大吸附量为13.9 mmol）均展现出优秀的Li选择性,Li对二价Mg离子的选择性分别达到了5.37和20.96。因此NiHCF@λ-Mn O可用于实际卤水中Li的提取。

关键词：摇椅电容去离子法拉第电极类普鲁士蓝铅锂

碳基复合电极的制备及其对重金属离子的电吸附性能研究

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碳基复合电极的制备及其对重金属离子的电吸附性能研究

作者：高勇江苏科技大学

学位级别：硕士

在社会高速发展、科技不断创新的时代,虽然人们的生活越来越丰富、便捷,但也遭受到了现代工业对人带来的伤害。其中重金属的污染就是现代工业带给人们的生活、健康的最大威胁。目前用于重金属去除的方法包括化学沉淀、膜过滤、离子交换... 详细信息

在社会高速发展、科技不断创新的时代,虽然人们的生活越来越丰富、便捷,但也遭受到了现代工业对人带来的伤害。其中重金属的污染就是现代工业带给人们的生活、健康的最大威胁。目前用于重金属去除的方法包括化学沉淀、膜过滤、离子交换、吸附法以及电化学处理等。但是这些传统方法自身都有一定的局限性,所以开发一种低能耗、低成本、操作简单且对环境友好的净水技术成为热点。本文引入了电容去离子技术(capacitive deionization,CDI),其基本原理是通过静电作用吸附带电离子,从而达到去除重金属离子的作用。在CDI技术中,重金属去除的电吸附性能在很大程度上取决于所选电极材料的性质,它们在电化学过程中起着至关重要的作用,因此选择合适的电极材料是其发展的关键因素,并且不同类型的电极材料不仅会对不同的带电离子具有优异的电吸附容量,甚至有的电极材料能够对某种特定离子具有选择性吸附。因此,探索基于CDI技术的电极材料用于重金属离子的选择性电吸附去除是本论文的研究重点。首先,本文开发出了一种氮硫共掺杂的FeS碳复合材料(FeS@NSC)作为新型的CDI负极材料。在1 V电压下测试了不同Cu离子浓度下FeS@NSC对Cu离子的电吸附容量,并通过Langmuir等温线拟合得出高达508.5mg/g的吸附量。在Cu/Na的摩尔比为1:10时,FeS@NSC电极对Cu离子的选择性系数达到最大值为71.6。在Cu,Pb,Cd,Zn,Co和Mn混合离子的环境下,FeS@NSC电极对Cu离子仍然具有选择性电吸附行为。为了阐明其选择电吸附机理,我们通过XPS表征了电吸附前后的FeS@NSC电极,发现在FeS@NSC中的高选择性电吸附Cu离子的行为主要是由Fe/Fe和Cu/Cu对的法拉第氧化还原反应实现的。最后,通过对实际含铜电镀废水的处理,验证了FeS@NSC电极在处理实际废水上的潜力。随后,选取三聚氰胺泡沫(MF)为碳基底,通过水热、碳化和硫化三步法制备出了MF衍生的碳纳米管封装的FeS纳米颗粒复合材料(MF/FeS)。根据Langmuir等温线拟合得出,在1.2V时MF/FeS电极对Pb离子的去除能力达到237.8mg/g。通过XRD和XPS验证了Pb离子电吸附MF/FeS电极表面时会形成PbS形态。该项工作为CDI在去除重金属铅上提供了思路。最后,以蚕茧为生物质材料,制备出了一种氮掺杂的多孔蚕丝碳(PSC)。该材料能够拥有一个较大的比表面积(959.1m/g)且具有微孔和介孔这两类结构。此外,氮的掺杂也增强了材料本身的法拉第效应和润湿性。通过CDI测试表现出对Zn离子较为优异的电吸附性能(33.1mg/g),同时在Zn,Mg,Ca和Na离子共混的溶液下,PSC电极能够对Zn离子有一个很好的选择性。最后,通过电化学分析得出,在1M ZnSO溶液中PSC电极的CV曲线的阴极和阳极分别出现一个峰,这主要是Zn离子的法拉第插层过程,而这也就决定了PSC对Zn离子的选择性吸附。此研究为CDI在未来废水中提取战略资源金属锌提供了方向。

关键词：电容去离子技术重金属离子电吸附法拉第电极选择性吸附

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等离子体磁流体发生器性能研究

等离子体磁流体发生器性能研究

作者：李林永南京航空航天大学

学位级别：硕士

目前,太阳能依然是各类航天器的主流能源,但是随着人类对太空探索的不断深化和扩展,航天器也被赋予了更多的使命和任务,太阳能已经越来越无法满足深空探测的需求。基于核能磁流体发电技术因其可以很好地解决深空探测所带来的能源问题而... 详细信息

目前,太阳能依然是各类航天器的主流能源,但是随着人类对太空探索的不断深化和扩展,航天器也被赋予了更多的使命和任务,太阳能已经越来越无法满足深空探测的需求。基于核能磁流体发电技术因其可以很好地解决深空探测所带来的能源问题而引起了航天科学研究者的极大兴趣,是未来有人和无人深空探测器的理想电源。本文主要以氦/氙混合气体为工质,采用三维低磁雷诺数磁流体动力学模型,数值模拟了不同磁场强度、不同负载系数、不同霍尔参数以及不同扩张通道的法拉第型磁流体发生器的性能。本文开展的研究内容及研究结果如下:首先,不同磁场强度对通道电流密度、电离度、电导率等参数具有重要的影响,导致输出功率和焓提取率发生变化。数值研究发现,随着磁场强度的增大,通道平均电导率先增大再减小;当磁场强度B?3T时,电离度沿中线的分布变化较小,表明等离子体结构在主流区较为稳定;焓提取率随着磁场强度的增大而增大,发生器性能也得到明显的提高。第二,电流密度随着负载系数的变化而变化,确定最佳负载系数对于提高发生器性能极其重要。从模拟结果可以看出,当负载系数k?0.6时,主流区电离度变化小,等离子体结构比较稳定;当k>0.6时,主流区电离度随负载系数的增加而下降加快,此时等离子体以结合为主;负载系数增大,通道内平均电导率提高,发电效率增大,而焓提取率则先增大后减小,当k=0.625时焓提取率达到最大,约为4.37%。因此适当地提高负载系数有利于提高电效率和焓提取率,改善通道发电性能。第三,扩张通道对速度变化有着显著的影响,而速度变化导致电势分布和电流密度发生变化,影响电离度、电导率的分布,使发生器性能改变。结果表明,扩张通道可以在一定程度上使电离度分布更加均匀,有利于改善发电通道的发电性能;焓提取率随着通道扩张角的增大而提高。显然,采用适当的扩张通道可以提高磁流体发生器的性能。第四,霍尔效应可降低法拉第型发生器性能,虽然采用分段法拉第型发生器可以极大地抑制霍尔效应,但是仍然无法完全消除,因此我们对霍尔效应的影响进行了研究。通过研究可知,霍尔效应使得电流线向下游偏转且霍尔效应越大,电流线偏转越严重,导致主流区洛伦兹力不再与流向平行,流场不再呈对称性分布;当霍尔效应增大时,电功率密度降低,输出功率减小。因此霍尔效应破坏了流场的对称分布,降低了法拉第通道的发电性能,且霍尔效应越大,这种影响就越明显。最后,由于法拉第扩张通道同样无法完全消除霍尔效应,因此考虑霍尔效应的扩张通道也需要进行研究。模拟结果显示,随着扩张角的增大,中线电流密度降低且流场分布越来越不均匀,焦耳热密度增大,电效率减小;虽然扩张通道因电导率减小而降低了发电效率,但是输出功率却提高了,因此采用扩张通道有助于提高发电通道的发电量。

关键词：深空探测磁流体发电氦/氙工质法拉第电极负载系数霍尔效应扩张通道