石墨烯_碳納米纖維的電紡合成與電容脫鹽性能的研究

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1、碩士學(xué)位論文石墨烯/碳納米纖維的電紡合成與電容脫鹽性能的研究PREPARATIONOFELECTROSPUNGRAPHENE/CARBONNANOFIBERFORCAPACITIVEDEIONIZATION王亞麗哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年6月國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TB332學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：620密級(jí)：公開(kāi)理學(xué)碩士學(xué)位論文石墨烯/碳納米纖維的電紡合成與電容脫鹽性能的研究碩士研究生：王亞麗導(dǎo)師：溫廣武教授申請(qǐng)學(xué)位：理學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：海洋科學(xué)所在單位：海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院答辯日期：2015年6月授予學(xué)位單位

2、：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TB332U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinSciencePREPARATIONOFELECTROSPUNGRAPHENE/CARBONNANOFIBERFORCAPACITIVEDEIONIZATIONCandidate：WangYaLiSupervisor：Prof.WenGuangWuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：MarineScienceA

3、ffiliation：MarineScienceandTechnologyDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著世界人口持續(xù)增長(zhǎng)，各國(guó)工業(yè)不斷的發(fā)展，現(xiàn)在很多國(guó)家都面臨著淡水資源不足的危機(jī)，海水淡化成為解決問(wèn)題的主要方式。電容去離子技術(shù)是一種低能耗、環(huán)保、高效的海水淡化高新技術(shù)，它是利用雙電層原理進(jìn)行吸附和脫鹽的一種新型水處理技術(shù)。該技術(shù)的核心和關(guān)鍵是高性

4、能碳材料電極的制備。本課題以氧化石墨和聚丙烯腈為原料，通過(guò)靜電紡絲方法成功的制備出一種新型的石墨烯/碳納米纖維電極材料，對(duì)石墨烯/碳納米纖維進(jìn)行一系列表征，并重點(diǎn)研究石墨烯對(duì)碳納米纖維的影響以及新型電極的吸附脫鹽性能。本文首先利用靜電紡絲法制備出氧化石墨/聚丙烯腈納米纖維材料，通過(guò)SEM和Raman研究氧化石墨的添加對(duì)納米纖維的結(jié)構(gòu)及性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨的添加使納米纖維的直徑變細(xì)，氧化石墨與纖維之間以包裹、嵌入和游離三種方式連接，分析發(fā)現(xiàn)氧化石墨與聚丙烯腈纖維的連接形成一個(gè)“面到線”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)

5、增強(qiáng)了電極的導(dǎo)電性能；TG-DTA曲線分析發(fā)現(xiàn)，剛性片層結(jié)構(gòu)的氧化石墨提高了聚丙烯腈納米纖維的熱穩(wěn)定性以及熱效應(yīng)。將氧化石墨/聚丙烯腈納米纖維在不同溫度下進(jìn)行預(yù)氧化，再在不同溫度下進(jìn)行碳化，通過(guò)SEM分析確定預(yù)氧化及碳化工藝參數(shù)，結(jié)果表明纖維在預(yù)氧化溫度250℃，碳化溫度1100℃時(shí)得到的碳納米纖維孔結(jié)構(gòu)較均勻；通過(guò)TEM分析發(fā)現(xiàn)，高溫碳化后的石墨烯與碳纖維的連接方式有三種：包裹、嵌入和游離；XRD和Raman分析表明，石墨烯的存在提高了碳納米纖維的結(jié)晶性能；通過(guò)對(duì)碳納米纖維的氮?dú)馕矫摳綔y(cè)試、四探針測(cè)試以及拉伸

6、測(cè)試，分析發(fā)現(xiàn)含有2石墨烯的碳納米纖維電極比表面積提高了43.72m/g，電導(dǎo)率提高了近十倍，m(GO：PAN)=0.15:1.0的石墨烯/碳納米纖維的機(jī)械性能符合實(shí)驗(yàn)要求。最后，將制備的石墨烯/碳納米纖維作為電容去離子技術(shù)裝置中自支撐電極，研究電極的電吸附性能。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究不同電極對(duì)數(shù)、電極間距、工作電壓、進(jìn)水流速以及氧化石墨的添加量對(duì)電極除鹽效率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)m(GO：PAN)=0.15:1.0，工作電壓1.5V，電極間距2mm，進(jìn)水流速為10mL/min時(shí)，1對(duì)石墨烯/碳納米纖維電極的吸附量可達(dá)

7、2.02mg/g。與文獻(xiàn)中傳統(tǒng)碳電極材料進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本論文制備的新型電極材料在電容脫鹽中表現(xiàn)出了較高的吸附量。關(guān)鍵詞：石墨烯/碳納米纖維；電容去離子技術(shù)；靜電紡絲；聚丙烯腈-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractAstheworldpopulationcontinuestogrow,thedevelopmentofnationalindustryconstantly,nowmanycountriesaresufferingfromthelackoffreshwaterresourcescrisis,

8、desalinationbecamethemainwaytosolvetheproblem.Capacitivedeionizationtechnologyisalowpower,environmentalprotection,high-techandefficientdesalination.Itwasconductedbyusingthetheoryofelectri