基于石墨带电极的电容法脱盐组件串联装置实验研究

摘要

电容法脱盐（CapacitiveDeionizationCDI）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400mg/L增大至800mg/L，石墨带电极的比吸附量由22.6mg/g增加至25.9mg/g，电极的吸附时间由18min降至15min，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2.0V增大至4.0V，石墨带电极的比吸附量增大27.7%，当极板间电压为3.0V时，电极的再生率最大为98.7%。当极板间距离由6mm增大到12mm时，石墨带电极的吸附时间由53min延长到72min，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400mg/L至800mg/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2.0V增大至4.0V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1.5L/h增大到4.5L/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。

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第一章 文献综述

1.1课题研究的背景

1.2电容法脱盐技术

1.3 CDI电极

1.4 CDI装置

1.5 CDI技术中的电能回收

1.6 本文主要研究内容

第二章 实验装置

2.1 实验试剂和仪器

2.2 石墨带电极脱盐性能测试实验装置

2.3 CDI组件串联装置脱盐系统

2.4 本章小结

第三章 石墨带电极脱盐性能的测试

3.1 电极脱盐性能评价指标

3.2 实验结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 CDI组件串联装置脱盐性能

4.1 CDI脱盐装置性能评价指标

4.2 CDI组件串联装置脱盐实验

4.3 CDI装置特征曲线中的双峰现象

4.4 本章小结

第五章 电能回收系统的工艺设计

5.1 电能回收的理论分析

5.2 电能回收的方式

5.3 CDI电能回收系统设计

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢