基于石墨带电极的电容法脱盐组件串联装置实验研究-化学工程专业论文.docx

摘 要 电容法脱盐（Capacitive Deionization CDI）是一种通过在流通电容器电极上 发生充电-放电循环过程脱除海水或者苦咸水中带电粒子的一种新型海水淡化技 术。该技术具有操作方便、环境友好及低能耗等优势，可以在海水或苦咸水淡化、 饮用水软化和电镀废水处理领域中广泛应用。 本文中，实验中以超级电容器专用石墨带为电极吸附材料，钛板为集流体， 两者间通过导电胶粘结的方式制得 CDI 用石墨带电极。在电极脱盐性能测试实 验装置中考察了石墨带电极脱盐性能。实验结果表明，随着原料液浓度由 400 mg/L 增大至 800 mg/L，石墨带电极的比吸附量由 22.6 mg/g 增加至 25.9 mg/g， 电极的吸附时间由 18 min 降至 15 min，脱附时间基本不变；再生率变化不大， 维持在 90%左右。当极板间电压由 2.0 V 增大至 4.0 V，石墨带电极的比吸附量 增大 27.7%， 当极板间电压为 3.0 V 时，电极的再生率最大为 98.7%。当极板间 距离由 6 mm 增大到 12 mm 时，石墨带电极的吸附时间由 53 min 延长到 72 min， 电极的比吸附量和再生率分别降低了 21%和 17%。电极的再生效果主要取决于 电极的再生方式，按照倒极再生、结合再生、短接再生和自由再生的顺序逐渐变 差。 设计并制作了包含 10 对 CDI 电极串联的脱盐装置，并将其连接到 CDI 脱盐 系统中。在该系统中，探究了原料液浓度、极板间电压和原料液流量对 CDI 脱 盐装置性能的影响。实验结果表明，当原料液浓度在 400 mg/L 至 800 mg/L 范围 内变化时，系统脱盐率最大可达 35%，产水率变化不大，维持在 30%左右。随 着极板间电压由 2.0 V 增大至 4.0 V 时，系统脱盐率由 31%提高到 41%，产水率 由 28%增大到 40%。随着原料液流量由 1.5 L/h 增大到 4.5 L/h，系统脱盐率由 34% 降低至 28.4%，产水率由 32.6%降低至 27.5%。此外，在 CDI 脱盐装置电极再生 过程中，脱盐装置出水电导率值出现两个峰值，该现象会降低系统的产水率，同 时也增加了装置的比能耗。这种现象已经通过改变电极的再生方式进行消除。最 后本文对 CDI 技术中的电能回收进行了理论分析，并设计了带能量回收的 CDI 系统。 关键词：电容法脱盐 石墨带电极 吸附/脱附 脱盐率 电能回收 Abstract Capacitive Deionization is a new kind of method that turns seawater or brackish water into fresh water by the cycle of adsorption (charging) and desorption (discharging) in the flow through capacitor. This technology is friendly with environment, easily to operate and cost less energy in the process, and can be used widely in the field of seawater desalination, water recycling for the high pressure boiler, preparation of the water with high purity in the industry of semiconductor, softening of the drinking water and the treatment of the wastewater in the electroplating plants. Now the study of this technology has attracted more attention of the researchers around the world. In this paper, the graphite ribbons (GR) electrodes for capacitive deionization (CDI) were prepared by pasting GR to titanium plate with conductive adhesive. Then the deionization ability of the GR electrodes was tested under different concentrations of the feed sol