石墨烯聚吡咯复合电极材料用于电容法脱盐的技术背景

石墨烯/聚吡咯复合电极材料用于电容法脱盐的技术背景专业：化学工程报告人：张力文指导老师：王越副教授报告时间：2013年9月18日2一、课题研究背景及意义2谈到水资源，在政府政策、研讨会和学术文章中，都会强调我们面临的严峻形势。越来越多地，大家选择使用了“水危机”这个词，将水这个问题提升到一个“生死攸关”的层面。甚至有专家预测，人类的下一场世界大战，会是由于争夺水资源引起的。作为一个文明社会，我们拥有两个至关重要的能力——“技术开发”和“从经验中学习”。我们可以通过技术进步将不可利用的水（咸水、污水）转化为可利用的水，也可以通过技术的、经济的、行政的措施来合理地减少目前的水消耗量。233

——脱盐技术脱盐技术蒸馏法传统新型膜蒸馏法新能源法电容法反渗透法电渗析法能耗高34

——电容法脱盐（CDI）技术原理技术优势：能耗低、环境友好、产水回收率高等445

——CDI技术工业应用常州的爱思特水务科技有限公司是目前全球范围内唯一将电容法脱盐技术设备化、工程化、规模化应用的企业，相继承担建设了“齐鲁石化炼油废水回用工程”、“上海宝钢冷轧废水零排放工程”和“宁波岩东再生水厂水质提升工程”等一系列重大工程。566飞跃阶段发展阶段开始阶段1960～1980年对技术原理的研究和阐述;1990～1999年突破了电极材料的选择及电极结构设计的核心技术;21世纪建立了电吸附模型，研究了电吸附模块的吸附潜能，并对模块的设计参数和运行中的操作条件进行了研究。

——CDI技术发展历程67

——CDI技术研究方向及现状

CDI技术的核心，虽然有很多新型材料（主要是碳材料、导电聚合物及它们的复合物）陆续被用来作CDI电极材料研究对象，但目前还没有找到高性能的CDI电极材料。电极材料1

CDI能够顺利操作的基础，如流通通道、串并联、板式或卷式等。组件2778

CDI能够高效率运行的前提，如对不同工况（电压、流量、浓度等）进行优化、间歇式与连续式操作等。操作方式3进一步降低能耗及可持续发展的重大举措。目前还是处于起步研究阶段。能量回收4

——CDI技术研究方向及现状8899

——CDI电极CDI电极集流体：导流的作用电极材料：离子吸附作用电极是CDI核心部件，它的导电性与比电容是决定CDI能耗及其脱盐量的关键参数，这就使得电极材料的选择尤其重要。910

——CDI电极材料特点

生物惰性

成本低

易加工稳定性好导电性高亲水性强有效的比表面积大

离子迁移速度快101011

——CDI电极材料

代表：导电聚合物(聚吡咯、聚苯胺)及金属氧化物优点：比电容值高不足：稳定性差、加工性差代表：碳材料（活性炭、碳纳米管、石墨烯等）优点：机械性能好，电化学稳定性高，比表面积大不足：比电容值较低基于双电层电容电极材料基于赝电容电极材料11

将两类材料进行复合，可以最大限度的发挥两种材料各自的性能优势，从而能得到具有较高导电性及比电容、良好机械性能及结构稳定性能的适用于CDI的新型复合电极材料。1112石墨（NG）/聚吡咯（PPy）复合材料用其制作的电极的比电容较NG有很大的提高且导电性优于PPy，说明两类材料的复合能够发挥各自的优势。碳纳米管（CNT）/聚吡咯（PPy）复合材料由于CNT的比表面积大于NG，所以CNT/PPy制作的电极的比电容较NG/PPy有所提高。

——实验室研究过的电极材料1213

——研究的目的及意义我所研究的石墨烯材料