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聚吡咯—不锈钢毡复合电极的制备及其电容性脱盐研究

聚吡咯—不锈钢毡复合电极的制备及其电容性脱盐研究

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作者：郑光凤天津大学

学位级别：硕士

电容法去离子技术(CDI)是一种低电压操作非膜法脱盐新技术,其通过电极充电和放电过程实现对原料液的淡化和排浓。该技术具有能耗低,水利用率高,无二次污染,操作及维护简便等优点,在海水和苦咸水淡化等方面具有广阔的应用前景。本文以具... 详细信息

电容法去离子技术(CDI)是一种低电压操作非膜法脱盐新技术,其通过电极充电和放电过程实现对原料液的淡化和排浓。该技术具有能耗低,水利用率高,无二次污染,操作及维护简便等优点,在海水和苦咸水淡化等方面具有广阔的应用前景。本文以具有耐腐蚀性、强机械性和多孔性的不锈钢纤维毡为电极基材,采用恒电位法制备聚吡咯-不锈钢毡(Ppy/SSFF)复合电极,重点考察了掺杂剂种类、聚合体系pH值、吡咯单体浓度、聚合时间、聚合电位等聚合条件对复合电极的电容量、比电容、表面形貌等的影响。结果表明:以高氯酸锂为掺杂剂得到的复合电极的比电容最大,电极表面的聚吡咯呈鳞片状;在pH为4.50、5.91、7.00三种溶液体系中,pH5.91时获得的复合电极比电容为最大,聚合得到的聚吡咯呈类似菜花状;在吡咯单体浓度为0.10 mol/L、0.20 mol/L、0.30 mol/L下,复合电极的比电容随吡咯单体浓度的增加而增大,得到的聚吡咯的形貌分别为薄片状、片状、小肠状,但是在0.30 mol/L浓度下聚合电极表面有黑色颗粒的存在,容易造成脱盐过程中溶液污染等问题;在聚合时间为150-450 s范围内,复合电极比电容随聚合时间的增加而增大,但增加的幅度明显减小,在实验条件下均可得到片状的聚吡咯,且聚合时间为300 s时获得的复合电极纤维直径最大;在聚合电位为0.85-0.95 V范围内,其对复合电极的比电容及电容的影响较小。0.95V所聚合电极表面纤维直径最大。综上,Ppy/SSFF复合电极的较佳制备条件为:由0.35 mol/L高氯酸锂溶液,pH为5.91,0.20 mol/L吡咯单体组成的电解液,聚合电位为0.95 V,聚合时间为300 s。本文以1000ppm氯化钠溶液为研究模型,考察了操作电压对复合电极CDI静态脱盐效果的影响规律,并对电极的循环脱盐稳定性进行了测试分析。结果表明:操作电压为1.50 V时电极脱盐率最大,为3.43%;复合电极在1.50 V操作电压下经过9次循环脱盐后,其脱盐率仅由初始的3.33%下降到3.25%,说明该电极有着良好的脱盐稳定性。此外,本文以复合电极的静态脱盐结果为依据,设计了CDI组件和CDI串并联工艺流程。所设计的CDI组件,包括10对电极,电极有效面积为50×50 mm2。这为后续动态脱盐过程的研究奠定了基础。

关键词：电容法去离子技术聚吡咯-不锈钢毡复合电极 CDI组件

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