【摘 要】
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为了提高活性炭电极在电吸附去离子实验中的除盐效果,本实验采用化学原位合成法对活性炭进行负载聚吡咯改性,并研究PPy/AC电极在硝酸钾溶液中的电吸附除盐性能。先通过单因素实验和响应曲面法-中心复合设计实验探讨不同因素对PPy/AC电极材料性能的影响,并确定最佳制备工艺条件;其次,利用BET、SEM、XPS、接触角测试仪、CV、EIS和GCD等多种表征手段分析改性前后活性炭电极材料的理化性质和电化学特
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为了提高活性炭电极在电吸附去离子实验中的除盐效果,本实验采用化学原位合成法对活性炭进行负载聚吡咯改性,并研究PPy/AC电极在硝酸钾溶液中的电吸附除盐性能。先通过单因素实验和响应曲面法-中心复合设计实验探讨不同因素对PPy/AC电极材料性能的影响,并确定最佳制备工艺条件;其次,利用BET、SEM、XPS、接触角测试仪、CV、EIS和GCD等多种表征手段分析改性前后活性炭电极材料的理化性质和电化学特性;最后,将最佳改性条件下制备的PPy/AC电极作为工作电极,考察初始溶液浓度、电极间距和工作电压对除盐性能的影响,并研究其吸附动力学。利用单因素法和中心复合设计优化得到的最佳改性条件为:活性炭质量为2.5g、吡咯浓度为2.47mol/L、氯化铁浓度为2.35mol/L,在该条件下制备的聚吡咯/活性炭的比表面积、孔径和孔容分别降低了10.47%、51.18%和45.71%;孔隙结构以微孔为主,聚吡咯呈絮绒状或者颗粒状附着在其表面以及部分空隙,活性炭表面出现了N1s和Cl2p峰,在键合能为397.5eV和402.7eV时分别出现[N-H]和[C-N-C]类型的氮,在键合能为198.5eV和201eV附近分别出现[C-Cl]和[Cl~-]类型的氯。改性之后,活性炭电极的平均接触角从85.7°减小到60.45°,润湿性变好;比电容由89.66 F/g增加到283.5F/g,提高了68.37%;电极的导电性变好,电阻变低,离子扩散属于半无限扩散过程;经过100次循环伏安测试后,比电容仅降低了20%,电极具有较好的循环稳定性和再生性。PPy/AC电极的除盐实验结果显示,三个因素的影响程度大小依次为电极间距>工作电压>初始浓度,根据最优水平组合确定的实验条件为:溶液初始浓度为20mg/L、工作电压为1.7V、电极间距为4mm,在此条件下的除盐率为45.36%;PPy/AC电极去除硝酸盐的电吸附过程符合伪二级动力学模型,属于化学吸附。图39幅,表21个,参考文献78篇。
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