《有序介孔炭的形態控制及其電容脫鹽性能》是依託北京化工大學，由陳曉紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：有序介孔炭的形態控制及其電容脫鹽性能
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳曉紅
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電容吸附法脫鹽(Capacitive Deionization, CDI) 是一種新開發的水處理技術，目前脫鹽過程的研究關鍵是提高電極材料的脫鹽效果。為滿足對電極材料良好的導電性和極化能力、高的比表面積以及快速的離子擴散等要求，本課題利用一步硬模板法，選用不同的炭源和模板劑，通過控制合成工藝條件，獲得具有球形、棒狀、陀螺形、餅狀和花朵形等多種形態的短孔道有序介孔炭；進一步在擴孔劑和過渡金屬催化劑作用下低溫炭化獲得直徑可控的晶化程度較高的有序介孔炭，從而實現對材料的形貌、比表面積、孔道結構和長徑比和骨架晶型的控制生成；探究合成不同形態和孔結構的控制因素和形成機理。系統研究多形態結構有序介孔炭材料對不同金屬離子的電吸附性能，揭示複合材料組成成分、製備工藝和參數、形態結構與其電容脫鹽性能間的相關性,提出利用短孔道有序介孔炭電極的電吸附脫鹽新技術。
結題摘要
本課題採用不同的炭源，通過控制合成工藝製備多種形態的短孔道有序介孔炭。詳細考察合成體系中不同物料配比、不同反應溫度和不同晶化溫度對合成產物形貌和結構的影響。考察製備工藝、擴孔劑和催化劑對材料的形貌、比表面積、孔道結構、長徑比和晶形的影響；探究合成不同形態和孔結構的控制因素和形成機理。揭示複合材料組成成分、製備工藝和參數、形態結構與其電容脫鹽性能間的相關性。系統研究多形態結構有序介孔炭材料對不同無機離子的電吸附脫鹽性能（比電容( Cp ) 和單位脫鹽量( Wdesal )），揭示材料組成成分、製備工藝參數、形態結構與其電容脫鹽性能間的相關性。獲得對有序介孔炭材料的形貌和孔結構調控合成的最佳工藝路線， 通過從而提高材料的離子傳輸能力和容量保持率，研究離子插入和脫出機制提高電極脫鹽特性和電極壽命等進行研究。本課題分別製備了不同比例的二氧化錳摻雜與石墨烯複合、炭氣凝膠等多孔炭，同時自製了電容法脫鹽實驗裝置，考察了不同電極材料脫鹽效果的區別，討論了電容法脫鹽技術中裝置的操作因素影響。經過BET測試發現，duokd炭具有1747m2g-1的比表面積和2nm左右的孔徑分布。通過共沉澱的方法分別製備了不同比例（wt1%、wt5%、wt10%、wt20%）二氧化錳摻雜的多孔炭，在恆流充放電測試中wt1%二氧化錳摻雜比電容最高，達到了209F•g-1，在脫鹽測試中，其脫鹽效果達到10.30mg•g-1，脫除率為19.0%，具有很好的淡化鹽水的效果。不同比例（wt1%、wt5%、wt10%、wt20%）石墨烯複合的多孔炭電極材料在石墨烯含量wt5%時，恆流充放電測試中具有很好的循環充放性能，比電容為121 F•g-1，在循環伏安測試中表現出了很好的雙電層電容性能，在電容法脫鹽測試中，其脫鹽效果達到9.70mg•g-1。在製備的兩種不同孔徑的炭氣凝膠的電容法測試中發現，孔徑較大（19.6nm）的樣品CRF300-20比較小的（9.8nm）具有更好的脫鹽效果。
