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电容法脱盐用电极成型条件优化与性能研究

陈新金  
【摘要】:电容法脱盐技术(CDI)是利用流通电容器结构,通过电容充电/放电原理实现海水或苦咸水淡化的新型脱盐技术。电极作为CDI的核心部件,其性能的优劣直接决定脱盐效果的好坏,因此,对电极成型进行研究是非常有必要的。 本文采用压片法,以聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂,石墨为导电剂制作电极片,考察了活性材料分别为活性炭粉末和碳纳米管时,粘结剂含量、成型压力以及电极厚度对电极的电导率、比电容、交流阻抗及脱盐性能的影响。结果表明,以活性炭粉末为电极活性材料时,随着PVDF含量由8%升高18%,电导率逐渐降低,比电容和比吸附量均呈现先增大后减小的趋势;随着压力由5MPa增大到25MPa,电导率逐渐升高,比电容和比吸附量均是先增大后减小;随着厚度由0.08mm增加0.16mm,电极的电导率逐渐降低,比电容和比吸附量呈现下降的趋势,但是不体现出连续的变化规律,仅在厚度超过0.14mm时性能出现明显衰减。活性炭粉末电极的最佳制作条件为:PVDF含量为15%,成型压力为15MPa,厚度不大于0.14mm,此时比电容为51.68F/g,比吸附量为11.04mg/g。当活性材料为碳纳米管时,各性能的变化规律与活性炭电极的变化规律相同,但是最佳制作条件不同,其最佳制作条件为:PVDF含量为10%,成型压力为10MPa,厚度不大于0.14mm,此时比电容为80.44F/g,比吸附量为14.14mg/g。 论文还对涂覆成型法进行了探索研究。设计加工了用于涂覆法制作电极的专用模具,考察了干燥温度和湿层厚度对电极成型的影响,并在较好成型的条件下,考察了粘结剂含量对电极性能的影响规律。结果表明,随着湿层厚度由0.2mm增加到0.5mm,电极逐渐出现干裂现象,厚度越大,干裂现象越明显;随着干燥温度由50℃升高到80℃,电极的干裂程度加重;且湿层厚度的影响比干燥温度的影响更显著。在湿层厚度为0.2mm,干燥温度为50℃条件下制作了不同PVDF含量的系列电极,定性的考察了PVDF含量对电极电容性能的影响,结果表明:随着PVDF含量由5%升高到25%,电极的电容性能呈下降趋势。


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