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作者
贺琼琼 彭海森 孟振 苗真勇
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单位
中国矿业大学炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室中国矿业大学化工学院中国矿业大学环境与测绘学院
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摘要
严格的环保法规驱动下，煤矿在高盐矿井水回收处理上面临的挑战不断升级，因此迫切需要研发高效的深度脱盐技术，以突破行业困境并实现非常规水资源的利用。虽然流动电极电容去离子（FCDI）技术在脱盐领域内崭露头角，但仍存在电极材料性能造成的脱盐能力壁垒。本研究提出了一种双重活化多孔碳氮电极材料制备的新方法，以蔗糖为碳源，三聚氰胺为氮源，整合了双模板法、水蒸气活化、酸浸氧化及氮掺杂的优点，改善了材料的润湿性和导电性，同时使得电极材料具备独特整齐排列的柱状结构、更大的比表面积(1039.76 m2/g)、更丰富的孔结构(0.32 cm3/g)、更多的氮氧电负性点位和更好的润湿性能，以此实现高效，低能耗的矿井水脱盐。该材料(H2O（g）-HNO3/CN)应用于FCDI装置中且经过电压、活性材料含量、处理液初始浓度及pH的工艺优化后对1 g/L的NaCl溶液脱盐5 h，除盐率高达100%，平均脱盐速率、脱盐量、电荷效率及标准脱盐量能耗分别为0.00952 mg/(min·cm2)，37.08 mg/g，24.02%和481.98 J/mol，即使经过七次循环吸脱附实验，除盐率仍能达到95.71%。为了探究H2O（g）-HNO3/CN的吸附除盐机理，进行了电化学性能、吸附动力学及等温线的分析。结果表明其比电容高达99.38 F/g，内电阻极小；对Na+离子的吸附更符合伪二阶动力学模型和Langmuir等温线模型，对Na+离子的饱和吸附量为4.30 mg/g，饱和吸附时间为120 min。本研究为FCDI电极材料的制备及优化提供了一种新的思路，并探究了其脱盐性能和机理，为高盐矿井水的绿色回收处理开辟了一条新的路径。
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关键词
双重活化多孔碳氮材料流动电极电容去离子高盐矿井水脱盐
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文章目录
1引言
2实验
2.1主要材料
2.2双重活化多孔碳氮材料H_(2)O(g)-HNO_(3)/CN的合成
2.3流动电极的配置
2.4材料表征
2.5电化学测试
2.6FCDI装置搭建
2.7H_(2)O(g)-HNO_(3)/CN材料FCDI脱盐性能研究
3结果与讨论
3.1形貌结构表征
3.1.1扫描电子显微镜分析
3.1.2比表面积及孔径分析
3.1.3 X射线衍射及拉曼光谱分析
3.1.4红外吸收光谱分析
3.1.5接触角分析
3.2工艺参数对H_(2)O(g)-HNO_(3)/CN材料FCDI性能的影响
3.2.1电压
3.2.2活性材料含量
3.2.3处理液初始浓度
3.2.4处理液初始pH
3.3循环性验证
3.4FCDI处理实际高盐矿井水的研究
3.4.1高盐矿井水来源与水质分析
3.4.2FCDI处理高盐矿井水效果分析
3.5H_(2)O(g)-HNO_(3)/CN吸附除盐机理
3.5.1电化学分析
3.5.2吸附动力学及等温线研究
4结论
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引用格式
贺琼琼,彭海森,孟振,等.双重活化多孔碳氮材料实现流动电极电容去离子高效矿井水脱盐[J/OL].煤炭学报,1-17[2024-10-09].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.0509.
煤炭学报
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