电沉积法制备聚吡咯复合材料及其在电容去离子技术中的应用

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近年来,电容法去离子(CDI)技术作为一种操作简便、环境友好和资源可回收的新型技术成为解决重金属废水污染等问题的途径之一,目前CDI技术的研究核心仍然是高性能电极材料的制备。聚吡咯(PPy)是常见的导电聚合物,它具有高比电容,低成本,化学稳定性好等优点,通过与碳材料和金属氧化物等材料复合可以制备出性能优越的电极材料,在CDI技术中具有较好的应用前景。本文通过电沉积法制备PPy复合电极,探索了电沉积过程、添加成分(壳聚糖、氧化石墨烯和二氧化锰)对复合电极表面特性、电化学性能和吸附性能的影响规律,探究具有高吸附性能的PPy复合电极制备工艺参数。本论文主要包括以下内容:(1)采用分层电化学沉积法成功制备了具有三明治结构的PPy/CS/GO复合材料,并对其形貌、结构进行了研究,PPy和CS呈球形并被GO片层包裹,三者之间以化学键相互结合。对PPy/CS/GO复合材料的电化学特性与吸脱附性能进行了测试和分析。结果表明,与PPy电极相比,PPy/CS/GO复合电极具有更高的电容(165.03F/g)和更低的电荷转移电阻(1.959Ω·cm2)。PPy/CS/GO复合电极的吸附容量为35.53mg/g,约为PPy电极的2.03倍(17.46mg/g)。经过5次吸附/脱附过程,吸附容量保持在96%。(2)通过阳极电化学共沉积法成功制备了PPy/GO复合材料,并对其形貌和结构进行了研究,PPy/GO复合材料表现出致密片层结构,PPy呈球形并均匀的分布GO片层上。对PPy/GO复合材料的电化学特性与吸脱附性能进行了测试和分析。结果表明,PPy/GO电极与PPy电极相比具有较高的电容(186.67F/g)和较低的电荷转移电阻(1.626Ω·cm2)。PPy/GO复合电极对Cu2+的吸附容量达到41.51mg/g,在5次吸附/脱附过程后,吸附容量保持在98%,具有良好的循环稳定性。此外,PPy/GO复合电极对其它金属离子的吸附能力表现为:Ag+2+2+2+3+。(3)通过阳极电化学共沉积法成功制备了PPy/GO/MnO2纳米复合材料,并对其形貌和结构进行了研究,PPy包裹MnO2纳米颗粒,并均匀的分布在GO片层中。电化学测试结果表明,PPy/GO/MnO2纳米复合材料具有376.58F/g的比电容,电荷转移电阻为0.8435Ω·cm2,具有优异的电化学性能。吸附测试结果表明,PPy/GO/MnO2纳米复合电极具有36.77mg/g的吸附容量,经过5次吸附/脱附后,吸附容量保持在99%,经过10次吸附/脱附后,吸附容量保持在97%。PPy/GO/MnO2纳米复合电极对Cd2+、Cu2+和Pb2+的吸附符合动力学Lagergren二级模型,吸附方式为化学吸附。等温吸附模型符合Freundlich模型。
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