掺杂钛炭气凝胶电极的制备及电吸附脱盐性能的研究?刘一玲,李兴超,孟庆函(北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029摘一要:一以间苯二酚二甲醛二钛酸丁酯为原料,分别采用乙醇二异丙醇和水作为溶剂,通过溶胶-凝胶二超临界干燥,高温炭化制备掺杂钛炭气凝胶三通过XRD和TEM分析表明,以乙醇为溶剂可以制备出均匀掺杂锐钛矿晶型的TiO2纳米粒子的炭气凝胶三将制得的掺杂钛炭气凝胶电极应用于电吸附模块进行电吸附脱盐实验,考察了掺杂钛量二电压,溶液浓度对电吸附的影响,以及掺杂钛炭气凝胶电极的循环再生性能三结果表明掺杂TiO2可以极大的抑制物理吸附和提高电吸附量,掺杂20%TiO2的炭气凝胶单位电吸附量是不掺杂TiO2时的4.5倍,其总吸附量接近11mg/g,是一种理想的电吸附电极材料三在1.5V电压下溶液浓度的提高可以提高吸附量,并且经过12次吸附再生过程后掺杂钛炭气凝胶电极的电吸附性能仍然保持稳定,可循环再生性能良好三关键词:一炭气凝胶;TiO2;电吸附:一TQ127.1文献标识码:A:1一引一言电吸附技术是近年来发展起来的一种新型水处理技术[1,2],其原理也是基于双电层电容原理三在电极材料上施加电位时,在电极溶液界面形成双电层,带电电极表面吸附溶液中的带电离子,使水中溶解的盐类及其它一些带电物质富集浓缩于电极表面而实现水的净化或淡化三该技术主要的能量消耗在于使离子发生迁移,而在电极上并没有明显的化学反应发生,所需的电流仅用于给电吸附电极的双电层充电,因而是一个低能耗的过程三而且因为其通过电位反向或短接就能使吸附饱和的电极材料再生,所以减少了化学再生或热再生可能产生的二次污染三电吸附技术相比其他水处理技术,具有运行能耗低,水利用率高,无二次污染,操作及维护简便等4大优势,是一种具有诱人前景的水处理技术三对于电吸附技术来说,主要是电吸附电极材料的研究三因为电吸附是基于双电层原理,所以其电极材料不仅要求电导率高,极化性能良好,而且还要有较大的比表面[3]三炭气凝胶是一种具有三维纳米网络状结构的新型多孔纳米材料,有质轻二大比表面积二中孔发达二导电性良好二电化学性能稳定等特点,Pekala[4]等研究认为炭气凝胶可以得到性能优良的电极材料,被视为一种极具应用价值的电吸附材料三国外Gabelich等[5]将炭气凝胶用作电吸附剂,研究去除多种无机离子;Farmer等[6]将炭气凝胶电极串联,电吸附去除水中NaC1和NaNO3,结果表明去除率可以高达93%~95%三国内对炭气凝胶电极电吸附脱盐性能的研究刚起步,报道较少三秦仁喜等[7]以间苯二酚和甲醛为原料,常压干燥法合成出炭气凝胶,探讨不同原料配比结构对吸附容量的影响;王万兵等[8]以酚醛树脂和糠醛为原料合成炭气凝胶,考察其对NaC1溶液的电吸附行为,吸附量为3.65~12.7mg/g三相对比,代凯等[9]将碳纳米管制成电极对其进行电吸附性能研究,吸附量为1.04~2.86mg/g三我们也对超临界制备出的间苯二酚-甲醛炭气凝胶的电吸附性能进行了研究[10]三通过金属离子掺杂炭气凝胶对其进行改性,可以赋予新的特性,大大提高其应用价值三TiO2是一种n型半导体氧化物,能够降解很多种类的污染物,其本身很强的催化活性使其成为一种很好的负载物[11,12]三Ryoo[13,14]将TiO2掺杂在炭布上用电吸附处理氯化钠溶液,发现TiO2的掺杂可以抑制吸附过程中的物理吸附,提高电吸附量三钛离子的掺入使表面官能团发生了变化,从而抑制物理吸附三目前对TiO2掺杂到炭气凝胶上的研究较少,Moreno制备了钛炭凝胶复合物[15],其中的TiO2晶型为锐钛矿和金红石的混合三本文制备出掺杂锐钛矿相钛炭气凝胶电极,并将其用于电吸附中三研究了分别采用乙醇,异丙醇和水作为溶剂对溶胶-凝胶法制备掺杂钛炭气凝胶的影响,并且将制得的掺杂钛炭气凝胶应用于电吸附模块进行电吸附脱盐实验,考察掺杂量二电压二溶液浓度对电吸附性能的影响,以及掺杂钛炭气凝胶电极的循环再生性能三2一实一验2.1一炭气凝胶的制备所有试剂为分析纯,北京益利精细化学品有限公司生产三间苯二酚二甲醛和NaCO3以1?2?0.002摩尔比例均匀混合,配成固含量为30%的溶液,将溶液搅拌至澄清,装入20mL安瓿瓶中,放入75?水浴中,至溶液形成凝胶后,继续老化72h三取出水凝胶放入1刘一玲等:掺杂钛炭气凝胶电极的制备及电吸附脱盐性能...