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活性炭的电容去离子特性
文章作者：韩研网络部 更新时间：2021-12-21 16:45:45

　　活性炭的电容去离子特性

　　由于水污染的蔓延，水资源短缺已成问题。从受污染的废水中获得清洁的淡水需要海水淡化技术。水处理厂已采用反渗透(RO)、电渗析和热蒸发等脱盐工艺。由于这些海水淡化技术消耗大量能源，其处理成本普遍较高。因此，电容去离子作为一种节能、经济的海水淡化技术，近年来备受关注。对于更广泛的工业应用，经常用于水处理过程的颗�；钚蕴恳猜阕魑缛萑ダ胱拥缂谋砻婊蟆Ｔ谡庀钛芯恐�，通过实验研究了将活性炭用于电容去离子电极的可能性。

　　电容去离子单元

　　使用活性炭作为电极的电容去离子电池的结构在图1显示。该电池由两个集电器、一个隔板和粒状活性炭组成。这些组件按照下集电器、活性炭、隔板、活性炭和上集电器的顺序堆积。上下集电器有出水口和进水口。石墨片和由纤维素制成的滤纸分别用于集电器和隔膜。对于活性炭电极，本研究中使用了椰壳活性炭�；钚蕴康牧＞斗段�0.5～1.7mm。使用压缩活性炭颗粒的电池压降约为4kPa。在之前的研究中，传统电容去离子电池的压降为138-276kPa(20-40psi)。假设压缩的活性炭比传统CDI电池的粉末碳层多孔。因此，预计使用压缩活性炭的CDI单元的进料泵比传统CDI单元消耗的能量要少得多。

　　图1：(a)使用活性炭作为电极的CDI电池的结构和(b)单程模式下CDI设备的示意图。

　　单程模式下的连续操作循环

　　使用图1所示的CDI单元进行连续操作。流入溶液是10mM NaCl aq。流入溶液的流速和在CDI池中的停留。在吸附步骤中，施加2.0V的恒定电压90分钟。在解吸步骤中，将电池电压短路120分钟，此时流出物的电导率几乎与流入物的电导率相同。进行四次吸附/解吸循环。为了评估每个循环的盐吸附容量，在每个单独的吸附/解吸循环中测量处理过的水箱和浓缩水箱中的Na+、Cl-浓度。

　　有压和无压除离子

　　离子去除实验中有无压力时电导率的时间变化如图2(a)所示。在1.2V施加压力(677kPa)的情况下，出水电导率迅速下降至0.73mS/cm，并在0.83mS/cm左右达到稳定状态。另一方面，当没有对电极施加压力时，流出物电导率保持在1.1mS/cm的初始值附近。离子去除实验中Na+和Cl-浓度随压力(677kPa)的时间变化也如图2(b)所示。由于Na+和Cl-浓度以与电导率相同的方式下降，认为电导率变化归因于Na+和Cl-离子的去除，并且在低于水电解理论电压(+1.23V)时没有发生水电解。

　　图2：在离子去除实验(电压1.2V，活性炭厚度10mm，进水10 mM NaCl aq，压力677kPa)期间，电导率和(b)Na+和Cl-浓度随时间的变化(a)。

　　外加电压对充电效率的影响

　　通过对活性炭层施加压力，在1.2V时显着提高了离子去除率。进一步研究了施加电压对盐吸附容量、电荷和充电效率的影响，以最大限度地提高CDI电池的性能，使用压缩活性炭而没有水电解。即使施加的电压高于1.23V，由于电化学反应的过电位和/或水溶液中的欧姆降，也不一定会发生水电解。当施加2.0V电压时，分别评估电池或水溶液中的欧姆降。根据测得的电流和无水溶液电池的电阻，估计无水溶液电池的欧姆降约为0.04V。然后，根据测得的电流和溶液的电导率，水溶液的欧姆降发现溶液约为0.70V。如果包括CDI电池隔膜和电化学反应活化电位的影响，则表明本研究中使用活性炭的CDI电池具有超过0.74V的过电压。因此，很可能在高于2.0V时开始发生水电解。

　　活性炭的电容去离子特性在这项研究中，我们研究了将活性炭用于电容去离子电极的可能性�？悸堑饺【鲇诘缂牧虾偷绯毓钩傻呐纺方�，还通过实验评估了适用于具有压缩活性炭的CDI电池的施加电压。通过对活性炭电极施加压力，电阻是电容去离子脱盐的一个重要因素，因为活性炭层的电阻和活性炭颗粒之间的接触电阻都显着降低。本研究中CDI电池的离子去除有效。当对活性炭电极施加压力时，发现充电效率与现有的CDI电池相当。

文章标签：椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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