负载Al2O3的活性炭纤维电极材料研究

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为缓解水资源紧缺与水环境污染问题,电吸附去离子技术处理含盐废水成为当下的研究热点,制备性能优良的电极材料是该研究的关键技术。本文选用商品活性炭纤维毡(ACF)为基础材料,以提高其比表面积、增大双电层容量为目的,对其进行水洗、酸洗(HNO3、H3PO4和HF)预处理活化和进一步负载Al2O3的技术研究,利用BET、SEM、XRD、XPS、FTIR和TG等手段测试分析负载Al2O3活性炭纤维电极材料的表面结构特点并利用CV曲线考察Al2O3/ACF电极材料的电化学性能。主要工作成果如下:测定不同厚度活性炭纤维的比表面积和孔参数以及吸附性能,确定厚度为2 mm的活性炭纤维比表面积最大,吸附性能最好。对比研究水洗和HNO3、H3PO4和HF酸洗4种活化方法对活性炭纤维材料的表面形貌、比表面积及孔结构、表面官能团以及吸附性能的影响。结果表明:水洗对孔结构影响较小;酸洗活化可增加活性炭纤维表面酸性基团数量;HNO3活化会造成活性炭纤维表面发生刻蚀;H3PO4活化能显著提高活性炭纤维对碘和苯酚小分子类物质的吸附能力,使比表面积提高25.00%;HF活化的去灰分能力最好;对于NaCl模拟盐水的处理,确定H3PO4活化是最佳方法。采用浸渍煅烧法对H3PO4活化后的活性炭纤维进行负载Al2O3改性实验,研究硝酸铝浓度、浸渍比以及煅烧温度对Al2O3/ACF电极材料比表面积和孔径以及电化学性能的影响,分析其结构特点、元素类型和晶相变化。结果表明:负载Al2O3后活性炭纤维电极材料的比表面积减小。煅烧温度是最主要的影响因素,最佳负载条件是硝酸铝浓度为20 g/L,浸渍比为1:1,煅烧温度为500℃,以此条件制备的Al2O3/ACF电极材料的比表面积为974.59 m2/g,孔径为2.039 nm,比电容为98 F/g。测试分析表明Al2O3/ACF电极材料表面出现Al-O官能团,Al2O3以无定型态存在于活性炭纤维表面,Al元素含量为1.06%。利用负载Al2O3的活性炭纤维电极进行电吸附除盐实验,发现负载Al2O3的活性炭纤维电极的双电层容量与活性炭纤维原样电极相比增大,电吸附性能提高,除盐效率提升。
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