《層狀化合物電極材料的製備與電吸附性能研究》是依託北京化工大學，由常錚擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：層狀化合物電極材料的製備與電吸附性能研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：常錚
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電吸附水處理技術近年來受到了廣泛的關注，而電極材料是決定電吸附性能的最重要因素之一。針對常見碳材料電極的親水性差、吸附能力有限、選擇性低、易受污染物中有機質影響等問題，尋求新型高性能電極材料具有十分重要的意義。本項目擬合成一類新型的層狀化合物電吸附電極材料，將層狀氧化物和氫氧化物（鈦酸鹽、鎳基水滑石）負載於導電基底（泡沫鎳、多孔碳）上，利用其特殊的層狀結構、高比表面積、孔道結構、層板帶電荷以及大電容等性質，實現電極材料在吸附容量、穩定性、選擇性和污染物深度處理等方面的性能提高。將採用多種測試手段對電極材料的組成、結構、表面特徵、電化學性質、電吸附性能等進行表征，研究合成條件、材料的組成結構與電吸附性能之間的內在聯繫和規律，最佳化新型電吸附電極材料的結構，完善合成工藝，探討新型電極除鹽的吸附機理。
結題摘要
電吸附法是近年發展起來的一種新型水處理技術，其套用領域涉及工業廢水處理、苦鹹水淡化、海水淡化等多個方面。電極材料是決定電吸附技術除鹽效果、能耗高低、處理周期長短等指標的關鍵，理想的電極材料應該具有較大的比表面積、較好的離子吸/脫附性能、較高的導電性、優良的化學和電化學穩定性。本研究針對高性能電吸附電極材料的設計合成開展工作，首先將層狀化合物（水滑石、鈦酸鹽）負載於導電基底（泡沫鎳、多孔碳）上，合成出系列層狀化合物電極材料，包括泡沫鎳基鎳鋁水滑石、鎳鈦水滑石、Ni0.5Co1.5(OH)4多級納米線陣列、鎳鋁水滑石/碳納米管複合材料、鈦酸鹽陣列以及多孔碳基鈦酸鹽陣列等。之後，合成出系列多孔碳電極材料，包括葡萄糖基氮摻雜介孔碳、氮摻雜碳包覆氧化石墨烯的多孔複合材料、EDTA基多孔碳。通過合成條件和電吸附除鹽工藝的最佳化，獲得了多種具有高比表面積、豐富孔結構、高比電容值、大電吸附容量和優良再生能力的層狀化合物電極材料和碳電極材料，其中泡沫鎳基鎳鋁水滑石電極對Cl-的電吸附容量達到81.2 mg/g，而EDTA基多孔碳電極對Na+的電吸附容量達到34.27 mg/g，它們超越了目前報導的大部分電吸附電極材料，且能夠實現電極的完全再生，多次循環穩定。最後，探討了層狀化合物電極材料和碳電極材料的組成結構、超電容性能和電吸附性能之間的內在關聯和規律，研究了新型電極材料的生成機理，為進一步設計高容量、循環穩定的電吸附電極材料提供理論和實驗支持。基於以上研究，發表SCI收錄論文10篇，獲得國家發明專利授權2項，申請國家發明專利5項。
