聚間苯二胺/碳納米管復合材料制備及其電容法脫鹽研究

王世軒蔡延萌徐世昌王 越?

(1.天津大學化工學院,天津 300350;2.化學工程聯合國家重點實驗室,天津 300350;3.天津市膜科學與海水淡化技術重點實驗室,天津 300350)

電容法脫鹽(Capacitive deionization,CDI)是一種基于雙電層理論的電化學技術,它使用對電極配置成流通電容器[1,2]。通過對電容器進行充電(離子吸附)和放電(離子解吸)來實現對水體中離子的吸脫附過程,具有操作電壓低、無二次污染等優點,被認為是一種低能耗、環保的適用于處理低濃度苦咸水的脫鹽技術[3]。

電極是CDI 中最重要的組成部分,其性能優劣對CDI 裝置的脫鹽能力具有決定性影響。碳基材料如活性炭、碳納米管(CNT)、碳纖維和碳氣凝膠被認為是有前景的候選材料,并已得到廣泛研究[4]。在眾多碳基材料中,CNT 因其特殊的化學、電化學特性以及獨特的管狀結構而受到了廣泛的關注[5]。然而,CNT 的高化學惰性導致其具有較差的表面親水性,這會增加CNT 電極與溶液之間的界面電阻,使其導電性降低,從而降低離子轉移和吸附速率[6]。將CNT 與導電聚合物進行復合被認為是解決該問題的有效方法,聚乙烯醇、聚苯胺(PANI)、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物是該領域常被研究的導電聚合物[7-11]。Yan 等制備了單壁碳納米管(SWCNT)和聚苯胺復合電極材料,結果表明,PANI 沿SWCNT 表面均勻聚合,SWCNT/PANI 復合電極的脫鹽效率比SWCNT 電極高12%[12]。PANI 的成功應用使得其他苯胺衍生物的研究應運而生[13-15]。其中,聚苯二胺因聚合物鏈中具有大量的氨基使其具有巨大的潛在優勢[16,17]。聚間苯二胺(PmPD)包含更多的吩嗪單元,與其他聚苯二胺相比具有更好的性能[18]。……