多孔硅炭复合电吸附电极材料的研究进展-东北电力大学

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1、第35卷第5期东北电力大学学报Vol．35，No．52015年10月JournalOfNortheastDianliUniversityOct．，2015文章编号:1005－2992(2015)05－0017－06多孔硅/炭复合电吸附电极材料的研究进展112张瑛洁，吕立杰，史长东(1．东北电力大学化学工程学院，吉林吉林132012;2．吉林市能源测试检验所，吉林吉林132013)摘要:多孔硅具有非常高的比表面积和理论比容量，将多孔硅与炭材料复合得到的多孔硅/炭复合材料具有良好的导电性，这些特点为制备高性能电吸附电极材料提供了条件。本

2、文综述了目前应用于电吸附技术的各种电极材料并从多孔硅/炭复合材料的制备方法方面讨论了多孔硅/炭复合材料的研究现状，同时，对多孔硅/炭复合材料应用于电吸附电极材料的制备进行了展望。关键词:电吸附;电极材料;硅藻土;多孔硅/炭中图分类号:O472文献标识码:A电吸附技术具有运行成本低、经济性好、便于操作管理、几乎不用维修、使用寿命长、不产生污染环［1］境的二次排放物等一系列优势，从而成为除盐的主导技术。电极材料是电吸附技术的关键。用作电吸附技术的电极材料应具备以下特性:比表面积大、导电性能好、化学和电化学稳定性能好、易于成［2］［3－5

3、］型。多孔硅/炭复合材料具有比表面积大、理论比电容高、导电性良好、稳定性良好等特点，逐渐引起人们的关注。目前，多孔硅/炭复合材料常被用作锂离子电池的负极材料，但其作为一种比容量大且循环使用性能良好的材料被在电吸附电极方面还未见报道。本文综述了目前应用于电吸附技术的各种电极材料并从多孔硅/炭复合材料的制备方法与应用两方面讨论了多孔硅/炭复合材料的研究现状，同时，对多孔硅/炭复合材料用于电吸附电极材料进行了展望。1电吸附材料电极材料是影响电吸附技术的主要因素，目前，国内外研究电吸附主要采用的电极材料包括石墨、［6－8］活性炭、活性炭纤维

4、、炭纳米管和炭气凝胶等。1．1石墨电极石墨是一种最早被使用的经典的电极材料，尽管其本身并没有显著的吸附能力，但它有着良好的机［9］械加工性能，在电吸附技术发展的初级阶段得到了一定的应用。当石墨电极通电时，流过通道的水中的阴阳离子将分别向正负极移动，在石墨电极表面形成双电层，但由于石墨表面没有丰富的孔结构，导致其表面形成的双电层很不稳定，尤其是在水流速较大的情况下，双电层中的离子又会返回到水溶液中，从而影响其除盐的稳定性能。1．2活性炭电极［10］［11］随着新型炭材料的不断发展，石墨材料电极被逐渐取代。赵研等采用活性炭粉末、粘结剂聚

5、偏氟乙烯(polyvinylidenefluoride，PVDF)和导电剂石墨粉按质量比8∶1∶1通过涂覆法制备炭电极，电收稿日期:2015－07－20基金项目:吉林省科技厅产业技术创新战略联盟项目(20130305017GX);吉林省教育厅项目(吉教科合字［2014］第103号)．作者简介:张瑛洁(1969－)，女，吉林省吉林市人，东北电力大学化学工程学院教授，博士，主要研究方向:水深度处理．18东北电力大学学报第35卷［12］极在电压1．6V、流量10mL/min、电极间距2mm条件下的除盐率为47．9%。Choi等以活性炭和P

6、VDF制备了炭电极，电极的电容量为69．6～75．3F/g。通过电极的SEM图发现，电极上的活性炭颗粒被粘结剂PVDF连接在一起并部分被覆盖，这就导致了电极的电容量和除盐能力均随PVDF含量的增大而降低。电极在制备时所采用的粘结剂如PVDF、聚四氟乙烯(PTFE)等通常是疏水性的，而且遇到水时容易固化，虽然粘结剂能起到很好的粘结作用，但同时也会覆盖部分活性物质，这就降低了电极的亲水性和吸附容量。为了解决提高电极的亲水性，通常要加入亲水性物质，对活性物质表面进行改性、［13］活化处理或将粘结剂炭化等。如Lee等采用粉末活性炭、聚四氟乙

7、烯(PTFE)粘结剂和离子交换树脂按质量比84∶4∶12组成了新型活性炭复合电极，离子交换树脂的加入增强了电极的亲水性，使该电［14］极的除盐效率比传统的活性炭电极提高了35%。高强等通过浸渍和高温热解法对普通活性炭进行表面改性处理，实验结果显示，HNO3和MnO2的改性处理明显提高了炭材料的表面亲水性，从而更有利于电极对离子的吸附，形成有效的双电层，其比电容量高达到25．4F/g，而未改性的活性炭的仅为16．5［15］F/g，相比之下其比容量提高了54%。常立民等采用溶胶－凝胶法制备载钛活性炭电极，载钛后电极双电层形成速率更快，电

8、吸附容量显著提高，除盐率提高了62．7%，这是因为把TiO2均匀分散在电极表面，虽然稍稍降低了电极的物理吸附能力，但却明显提高了其电吸附能力，从而大大增强了电极的电［16］去离子性能。Zou等采用KOH和纳米TiO2分别对活性炭电极进