電壓區間及開路電壓對電容去離子性能影響研究

譚 蔚, 高 田, 汪 洋,3

(1. 天津大學 化工學院, 天津 300350; 2. 天津市膜科學與海水淡化技術重點實驗室, 天津 300072;3. 天津大學(武清)前沿技術研究院, 天津 301799)

1 引 言

面對淡水資源的匱乏，海水淡化及水處理技術備受關注[1]。多種傳統處理技術如反滲透、電滲析、多效蒸餾等，存在著設備復雜、高成本等缺點[2]。眾多研究者將目光轉向了電容去離子這一新型脫鹽技術。通過在電極外部施加電壓，利用多孔電極與溶液中離子由于靜電作用所形成雙電層作為儲藏場所，使溶液中的離子被吸附在雙電層中。一方面降低了溶液中的離子濃度，另一方面，將所得的能量儲存在雙電層結構中[3]。當施加反向電壓時，被雙電層存儲的離子又重新釋放到溶液中，同時能量也可回收利用[2]。在探究如何增大電極材料的除鹽效果上，活性炭材料受到關注。活性炭材料具有高比表面積、高導電性，以及良好的親水性，并且廉價易得[4]。活性炭表面有豐富的孔隙結構，每個空隙與電解質溶液形成一個微小的雙電層結構，使得活性炭有較大的比電容。眾多的金屬氧化物在電容去離子技術上發揮著重要作用，納米多孔二氧化鈦比表面積大、分散性好，也常被用作制備電極材料。

電極材料的儲能過程主要依靠電極表面與電解質溶液所形成的雙電層結構。由STERN提出的GCS雙電層模型中，電極表面的雙電層由Helmholtz緊密雙電層和Gouy-Chapman擴散雙電層組成[5]，雙電層電容由緊密層電容和擴散層電容共同決定。緊密層電容由電極材料表面的特性決定。……