陳旭東,李朝霞,馬俊俊,王曉菊,牛建瑞,張 靜,劉 春

(1. 河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所,河北省地理信息開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心,河北石家莊 050011;2.石家莊市排水管護(hù)中心,河北石家莊 050050;3. 河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050018)

在全球水資源儲(chǔ)量中,可供人類利用的淡水資源只占0.26%,導(dǎo)致淡水資源短缺,為解決這一問(wèn)題,海水淡化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。電容去離子(capacitive deionization,CDI)是一種新型電化學(xué)水處理技術(shù),其基本原理是基于雙電層理論,在低電壓電場(chǎng)(<1.2 V)作用下,多孔電極和電解質(zhì)溶液兩相界面處的過(guò)剩電荷會(huì)相互吸引,形成雙電層[1]。進(jìn)水中的離子遷移至電極表面,并儲(chǔ)存在溶液與電極界面形成的雙電層中,從而出水得到淡水;待電極吸附離子飽和后,通過(guò)施加反向電壓或?qū)㈦姌O短接,吸附的離子被解吸,電極得以再生進(jìn)入下一循環(huán)。經(jīng)周期性吸附解吸可持續(xù)獲得淡水,同時(shí)將離子濃縮到少量濃水中。但CDI在運(yùn)行過(guò)程中,同離子效應(yīng)的存在會(huì)降低電荷效率,增加脫鹽能耗。2006年LEE等[2]首次提出將陰/陽(yáng)離子交換膜分別置于陽(yáng)極/陰極與進(jìn)水溶液之間,形成膜電容去離子技術(shù)(membrane capacitive deionization,MCDI),由于離子交換膜具有選擇透過(guò)性,大大降低了同離子效應(yīng),電荷效率可從60%提升至85%以上,脫鹽性能得到顯著提升。MCDI作為一種新型的水處理技術(shù),具有設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低、高效、無(wú)二次污染、電極可再生等優(yōu)點(diǎn),在硬水軟化、海水淡化、重金屬離子去除等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3-5]。

電極作為MCDI中的關(guān)鍵組件,對(duì)于系統(tǒng)的脫鹽性能起著決定性的作用。碳材料以其來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)被作為電極材料應(yīng)用在電化學(xué)水處理領(lǐng)域。目前,被廣泛使用的碳材料主要包括活性碳纖維、電容性活性炭粉末、碳?xì)饽z、納米碳材料等[6]。其中活性碳纖維成本低廉、導(dǎo)電性好、化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定,是廢水處理的理想材料[7]。碳纖維表面相對(duì)光滑和均勻,具有三維多級(jí)孔結(jié)構(gòu)、孔隙率高,可根據(jù)需要通過(guò)簡(jiǎn)單裁剪制備成所需一體化電極,且無(wú)需黏結(jié)劑,避免了電極制備時(shí)黏結(jié)劑對(duì)脫鹽性能的影響。但由于一般碳纖維比較薄,將其作為電極材料時(shí),單位面積電極吸附容量有限。為了進(jìn)一步提升碳布電極的吸附性能,KANG等[8]在活性碳纖維中摻雜TiO2,有效降低了電子傳遞阻力,提高了離子在碳電極表面的遷移和擴(kuò)散,最高吸附容量可達(dá)10.6 mg/g,比未修飾的活性碳纖維電極提高了71.9%。WU等[9]利用6 mol/L HNO3處理活性碳纖維來(lái)降低同離子效應(yīng),經(jīng)酸化處理后的活性碳纖維的吸附容量提升至12.8 mg/g。除了對(duì)碳纖維進(jìn)行金屬氧化物摻雜和酸活化以外,QIAN等[10]利用親水性較高的磺化石墨烯修飾碳纖維電極,構(gòu)成復(fù)合電極,通過(guò)提高親水性使得吸附容量提高至9.54 mg/g,電荷效率提高了22%。然而,以上摻雜、酸處理等修飾方式操作復(fù)雜。

尋求經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的制備電極方法對(duì)于MCDI工程化應(yīng)用具有更加重要的意義。在碳纖維有效應(yīng)用面積確定的前提下,通過(guò)增加碳纖維的層數(shù)即電極厚度來(lái)增加電極的吸附容量是一種操作簡(jiǎn)單的制備電極方式?？紤]到堆疊碳纖維之間存在空隙,單純堆疊碳纖維增加厚度,會(huì)增加電極中離子遷移距離。因此本文通過(guò)在碳纖維層間增加高導(dǎo)電性的鈦網(wǎng)構(gòu)建碳纖維-鈦網(wǎng)復(fù)合電極。本文構(gòu)建了不同堆疊層數(shù)的碳纖維電極(carbon fiber,CB),以及碳纖維-鈦網(wǎng)復(fù)合堆疊電極(carbon fiber-titanium mesh,CB-Ti),首先研究了碳纖維電極在不同進(jìn)水質(zhì)量濃度下的脫鹽效果,采用循環(huán)伏安法(cyclic voltammetry,CV)和電化學(xué)阻抗譜(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)對(duì)不同堆疊電極進(jìn)行了電化學(xué)表征,探究碳纖維電極厚度以及增加鈦網(wǎng)作為導(dǎo)電材料對(duì)脫鹽性能的影響,并利用熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)對(duì)其吸附過(guò)程進(jìn)行了深入討論,以期為MCDI規(guī)?；瘧?yīng)用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

主要試劑:氯化鈉(分析純),天津市永大化學(xué)試劑有限公司;實(shí)驗(yàn)所用水由Milli-Q超純水機(jī)制得(18.2 MΩ·cm)。

主要儀器:電子分析天平(JB/T5374,梅特勒-托利多儀器有限公司);磁力攪拌器(Color squid S000,艾卡儀器設(shè)備有限公司);蠕動(dòng)泵(BT100-1L,保定蘭格恒流源有限公司);電導(dǎo)率儀(S475-UMIX,梅特勒SevenExcellence);電化學(xué)工作站(MAC90589,瑞士萬(wàn)通中國(guó)有限公司)。

1.2 電極材料預(yù)處理

活性碳纖維購(gòu)自萬(wàn)興碳素有限公司;鈦網(wǎng)、鈦絲購(gòu)自晨屹絲網(wǎng)制品有限公司。鈦網(wǎng)具有厚度薄、編織網(wǎng)絡(luò)可進(jìn)行調(diào)節(jié)的特點(diǎn),其良好的導(dǎo)電性,可為片層CB電極提供大量電子傳遞通道。實(shí)驗(yàn)所用鈦網(wǎng)厚度為0.37 mm,將活性碳纖維和鈦網(wǎng)裁剪為45 mm×50 mm的規(guī)格,并于超純水中充分浸泡,以去除表面及內(nèi)部的雜質(zhì)離子;用鈦絲將活性碳纖維與鈦網(wǎng)進(jìn)行固定,分別準(zhǔn)備不同層數(shù)的CB電極以及增加相應(yīng)Ti層數(shù)的CB-Ti復(fù)合電極進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 MCDI脫鹽系統(tǒng)組裝

MCDI脫鹽系統(tǒng)由低壓直流電源、蠕動(dòng)泵、MCDI裝置、NaCl溶液儲(chǔ)存瓶組成,其中MCDI裝置由亞克力板(100 mm×100 mm)、硅膠墊片、鈦片、陰離子交換膜(anoion exchange membrane, AEM)、陽(yáng)離子交換膜(cation exchange membrane, CEM)和電極構(gòu)成,亞克力板起到固定裝置的作用,硅膠墊片在密封裝置的同時(shí)使得電極之間有一定的空間,用塑料隔網(wǎng)做成中間腔室,裝置有效容積為1 125 mm3,鈦網(wǎng)置于2層活性碳布(activated carbon cloth, ACC)或離子交換膜與活性碳布之間,如圖1和圖2所示。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic of the experimental device

1.4 MCDI脫鹽試驗(yàn)

1) 脫鹽性能測(cè)試。本試驗(yàn)以NaCl溶液質(zhì)量濃度(0.2,0.4,0.6 g/L)、CB電極厚度、CB-Ti復(fù)合電極厚度為單因素進(jìn)行脫鹽試驗(yàn),分別命名為CB-厚度,CB-Ti-厚度,并堆疊3層鈦網(wǎng)作為電極與CB-Ti-2.40復(fù)合電極進(jìn)行比較,命名為T(mén)i-厚度,不同電極類型詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1。試驗(yàn)采用間歇進(jìn)水模式,取40 mL NaCl溶液于錐形瓶中,電導(dǎo)率儀探頭浸入液面下,用磁力攪拌器持續(xù)攪拌,由蠕動(dòng)泵以4 mL/min勻速泵入MCDI裝置,施加電壓1.2 V,脫鹽15 min后,將電壓反向即-1.2 V用于電極解吸,NaCl溶液電導(dǎo)率和電流變化在線監(jiān)測(cè)并實(shí)時(shí)記錄。由于在一定濃度范圍內(nèi),NaCl溶液濃度與電導(dǎo)率呈正比關(guān)系,因此由溶液電導(dǎo)率即可實(shí)時(shí)換算得到相應(yīng)的NaCl溶液的質(zhì)量濃度,所有試驗(yàn)至少重復(fù)3次以上。

表1 不同電極類型詳細(xì)參數(shù)Tab.1 Detailed parameters of different electrode types

2) 相關(guān)計(jì)算公式。MCDI脫鹽性能采用關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行分析評(píng)價(jià),如脫鹽率、吸附容量、平均脫鹽速度、電荷效率、單位能量脫鹽量等,計(jì)算公式見(jiàn)式(1)—式(5)。

脫鹽一定時(shí)間后去除離子占總離子的濃度百分比,可以反映電極在一定時(shí)間內(nèi)的脫鹽性能,脫鹽率根據(jù)式(1)進(jìn)行計(jì)算。

(1)

式中:η為脫鹽率,%;C0為初始濃度,mol/L;Ct為t時(shí)刻N(yùn)aCl濃度,mol/L。

單位質(zhì)量電極可吸附的鹽的質(zhì)量為吸附容量,根據(jù)式(2)進(jìn)行計(jì)算。

(2)

式中:Qe為吸附容量,mg/g;V為溶液體積,L;m為電極質(zhì)量,g。

單位時(shí)間單位電極面積的脫鹽量由平均脫鹽速度表示,根據(jù)式(3)進(jìn)行計(jì)算。

(3)

式中:ASAR為平均脫鹽速度,μmol/(cm2·min);S為電極面積,cm2;t為時(shí)間,min。

實(shí)際脫鹽電荷占總消耗電荷量的百分比即電荷效率,根據(jù)式(4)進(jìn)行計(jì)算。

(4)

式中:CE為電荷效率,%;n為陰陽(yáng)離子所帶電荷,Na+和Cl-均為1;F為法拉第常數(shù),(F=96 485 C/mol);I為電流,A。

去除單位質(zhì)量的鹽所需要消耗的能量可由單位能量脫鹽量表示,根據(jù)式(5)進(jìn)行計(jì)算。

(5)

式中:ENRS為單位能量脫鹽量,μmol/J;U為電壓,V。

1.5 吸附熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)

采用Langmuir與Freundlich 2種等溫模型來(lái)擬合CB電極除鹽的平衡吸附量,等溫線模型分別見(jiàn)式(6)、式(7),準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可用式(8)和式(9)表示[11]。

(6)

式中:Ce為吸附平衡濃度,mg/g;qe為平衡吸附量,mg/g;qm為最大吸附容量,mg/g;KL為親和常數(shù)。

(7)

ln(qe-qt)=lnqe-K1×t,

(8)

式中:qe為平衡吸附量,mg/g;qt為時(shí)間為t時(shí)的吸附量,mg/g;K1為準(zhǔn)一級(jí)吸附速率常數(shù)。

(9)

式中:K2為準(zhǔn)二級(jí)吸附速率常數(shù)。

1.6 CB/CB-Ti電極電化學(xué)表征測(cè)試

為了表征CB電極與CB-Ti電極的電化學(xué)特性,采用三電極體系對(duì)其進(jìn)行了CV和EIS測(cè)試。CB或CB-Ti電極作為工作電極,鉑片作為對(duì)電極,飽和甘汞電極作為參比電極,1 mol/L NaCl作為電解液(高濃度NaCl溶液可有效避免測(cè)試過(guò)程中離子缺乏的問(wèn)題[12])。比電容測(cè)試中,施加(-1.2～+1.2) V電壓,設(shè)定掃速為10 mV/s,記錄響應(yīng)電流的變化。

(10)

式中:C為比電容,F/g;I為響應(yīng)電流,A;m為電極質(zhì)量,g;v為掃描速率,V/s。

EIS用以研究電極的動(dòng)態(tài)電容和電阻,分析電極的導(dǎo)電性,EIS設(shè)置測(cè)試頻率為0.01～105 Hz,由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試記錄,根據(jù)實(shí)驗(yàn)繪制電化學(xué)阻抗圖譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 CB電極

1) 進(jìn)水濃度。為考察初始進(jìn)水濃度對(duì)吸附過(guò)程的影響,配制不同初始濃度的NaCl溶液,圖3 a)為出水電導(dǎo)率隨時(shí)間變化曲線,3種初始進(jìn)水濃度下均表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)。在施加1.2 V電壓進(jìn)行吸附時(shí),電導(dǎo)率下降;隨后施加-1.2 V電壓進(jìn)行解吸時(shí)電導(dǎo)率回升至初始水平。由電導(dǎo)率變化曲線進(jìn)一步得到了在不同初始濃度下脫鹽率、吸附容量、脫鹽速度的變化。由圖3 b)可以看出在初始進(jìn)水濃度為0.2,0.4,0.6 g/L時(shí),吸附容量分別為6.08,8.00,9.74 mg/g,脫鹽速度分別為0.25,0.33,0.40 μmol/(cm2·min)。

圖3 不同進(jìn)水質(zhì)量濃度時(shí)裝置的脫鹽性能Fig.3 Desalination performance of the device at different influent concentrations

隨著初始進(jìn)水濃度的增加,吸附容量和脫鹽速度均逐漸增大,其原因可能是較高的初始進(jìn)水濃度提供克服傳質(zhì)阻力的驅(qū)動(dòng)力,在較高進(jìn)水濃度下,雙電層被壓縮,重疊效應(yīng)減小,從而為離子提供了更大的吸附可用表面積[13-14],隨著進(jìn)水濃度的增加,雙電層可以更有效地在碳電極的多孔界面上形成,為離子吸附提供更有利的條件[15];其次,單位體積溶液中的離子數(shù)量增多,溶液-電極微孔界面處進(jìn)水與電極孔中的離子濃度差增大,靜電相互作用增強(qiáng)[16],致使電極整體歐姆阻力減小,離子的傳質(zhì)速率得到提高,因此脫鹽速度和吸附容量均得以提升。

2) CB電極厚度。電極厚度直接影響電極的結(jié)構(gòu),對(duì)機(jī)械穩(wěn)定性以及電荷傳質(zhì)特性有較大影響[17],因此本文詳細(xì)探究了電極厚度對(duì)脫鹽性能的影響。由圖4可知,CB厚度增加后吸附容量下降,CB-0.86每層CB的吸附容量為2.86 mg/g,CB-1.29每層CB的吸附容量為3.21 mg/g。其原因可能是多層CB的疊加會(huì)導(dǎo)致電極厚度增加,離子在CB表面及其內(nèi)部擴(kuò)散存在的阻力增大,同時(shí)離子遷移距離變長(zhǎng),因此堆疊電極中每層CB的吸附容量呈下降趨勢(shì)。此外,導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因也可能為活性碳纖維層與層之間留有空隙,接觸不夠緊密,離子傳質(zhì)阻力大。吸附容量略微上升的原因可能是CB疊加導(dǎo)致鹽溶液與電極間的接觸面積變大,CB電極能夠吸附更多的離子。

圖4 不同堆疊CB電極的脫鹽性能(試驗(yàn)條件:NaCl初始質(zhì)量濃度0.6 g/L)Fig.4 Desalination performance of different stacked CB electrodes (Experimental conditions: initial NaCl concentration of 0.6 g/L)

2.2 CB-Ti復(fù)合電極

為了解決堆疊CB電極層與層之間空隙導(dǎo)致較大電極電阻的問(wèn)題,在CB電極間增加鈦網(wǎng)提高堆疊電極的導(dǎo)電性,穿過(guò)離子交換膜的離子被CB電極立即吸附,顯著提升脫鹽效率。從圖5 a)中可以看出,隨著鈦網(wǎng)層數(shù)的增加,電導(dǎo)率下降幅度逐漸增加。相關(guān)脫鹽數(shù)據(jù)根據(jù)式(1)—式(5)計(jì)算后如圖5 b)所示,脫鹽率和脫鹽速度隨之增加,脫鹽速度分別為0.07,0.17,0.22 μmol/(cm2·min)。因此CB之間增加鈦網(wǎng)作為導(dǎo)電體,CB電極上的電荷分布更加均勻,電荷的傳輸距離明顯縮短,吸附離子速度加快,在長(zhǎng)期運(yùn)行中可以克服電子傳遞和吸附能力之間的平衡問(wèn)題[18]。但是CB-Ti-2.40單位電極吸附容量有所下降,可能是由于鈦網(wǎng)與鈦網(wǎng)以及鈦網(wǎng)與第2層的碳纖維電極之間形成了等勢(shì)體,導(dǎo)致中間CB電極的電勢(shì)發(fā)生變化,靜電平衡后電場(chǎng)內(nèi)部電勢(shì)為零,因此吸附容量受到影響。

圖5 不同堆疊CB-Ti電極的脫鹽性能 (試驗(yàn)條件:NaCl初始質(zhì)量濃度0.6 g/L)Fig.5 Desalination performance of different stacked CB-Ti electrodes (Experimental condition: initial NaCl concentration of 0.6 g/L)

2.3 鈦網(wǎng)在脫鹽過(guò)程中的作用機(jī)制

為了排除電滲析對(duì)試驗(yàn)的影響,研究了單純鈦網(wǎng)堆疊3層的脫鹽效果,由圖6可以看出,堆疊鈦網(wǎng)作為電極時(shí)電導(dǎo)率變化微小,脫鹽率僅為0.44%,與CB-Ti-2.40復(fù)合電極的脫鹽率相比差異顯著。在本試驗(yàn)中主要起吸附作用的為CB電極,而鈦網(wǎng)主要起增強(qiáng)導(dǎo)電性、降低電子傳遞阻力的作用,因此可以忽略電滲析的影響。

圖6 Ti-1.11和CB-Ti-2.40電極的脫鹽性能對(duì)比Fig.6 Comparison of desalination performance of Ti-1.11 and CB-Ti-2.40 electrodes

2.4 吸附過(guò)程機(jī)制

1) 吸附熱力學(xué)過(guò)程模擬。在一定溫度下,吸附達(dá)到平衡時(shí),可以使用吸附等溫線來(lái)表示電極的吸附量和溶液中離子平衡濃度的關(guān)系[19]。利用2種模型對(duì)CB電極的吸附熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行擬合,擬合曲線如圖7所示。2種模型的相關(guān)擬合參數(shù)如表2所示,可知Langmuir模型的擬合相關(guān)系數(shù)大于Freundlich模型,結(jié)果表明CB電極的熱力學(xué)吸附過(guò)程適合用Langmuir模型。由此可以得出活性碳纖維的吸附形式為單層吸附,吸附位點(diǎn)與被吸附離子數(shù)量一致,具有均勻的表面吸附,各位置有相同的吸附強(qiáng)度,被吸附離子之間的相互作用可忽略不計(jì)[20-21]。

圖7 吸附熱力學(xué)及其擬合圖Fig.7 Adsorption thermodynamics and its fitting diagram

2) 吸附動(dòng)力學(xué)模擬。采用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程分別擬合不同條件下的電吸附行為,以研究CB電極對(duì)離子的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程。準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可以反映存在于固相與液相界面的吸附反應(yīng)的速度快慢[22];準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型假定吸附速率受化學(xué)吸附機(jī)理的控制,涉及到吸附劑與吸附質(zhì)之間電子共用或者電子轉(zhuǎn)移,研究達(dá)到平衡過(guò)程中反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度之間的關(guān)系[23]。

由圖8可知,在不同初始進(jìn)水濃度以及不同碳?xì)趾穸鹊臈l件下,更符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)。但如圖8 e)和圖8 f)所示,在增加不同鈦網(wǎng)層數(shù)的條件下,對(duì)比擬合后的相關(guān)系數(shù),電吸附過(guò)程經(jīng)過(guò)準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合后線性關(guān)系較好,更符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué),表明脫鹽電吸附主要為物理吸附,離子的吸附速率與剩余吸附容量成正比,初始進(jìn)水濃度的增加促使離子外擴(kuò)散增強(qiáng),因此導(dǎo)致平衡吸附容量增加,吸附容量上升速率隨之加快[16];也說(shuō)明CB電極的吸附速率受到離子濃度的影響。

圖8 不同條件下一級(jí)和二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合Fig.8 Fitting of first-order and second-order kinetic models under different conditions

2.5 電化學(xué)表征

1) CV測(cè)試。利用循環(huán)伏安測(cè)試可以有效評(píng)價(jià)電極材料的比電容,通過(guò)循環(huán)伏安曲線的形狀和積分面積等可以判斷材料的電化學(xué)性能,評(píng)價(jià)電極材料的電荷儲(chǔ)存能力。按照式(10)計(jì)算可得CB的比電容為10.19 F/g。如圖9所示,在整個(gè)電位窗口范圍內(nèi),電流隨電勢(shì)穩(wěn)定地增加或減少,沒(méi)有出現(xiàn)氧化還原峰,表明電極沒(méi)有法拉第反應(yīng)發(fā)生,離子通過(guò)形成雙電層被吸附在電極表面。本研究中選擇的CB具有良好的雙電層電容特性。

圖9 掃描速率為10 mV/s時(shí)單層CB電極的CV曲線Fig.9 CV curve of single-layer CB electrode at a scanning rate of 10 mV/s

2) EIS分析。圖10為不同電極的EIS圖,不同電極的阻抗譜均由高頻段的2段圓弧和低頻段直線2部分組成,與實(shí)軸的第一個(gè)交點(diǎn)表示裝置整體電阻,即歐姆電阻,主要包括中間腔室進(jìn)水、離子交換膜、集電體以及所有導(dǎo)線的電阻;高頻區(qū)圓弧部分的直徑可以用來(lái)表征電子傳遞阻力,低接觸阻抗有利于電極和電解質(zhì)界面的電荷傳遞[24]。

圖10 堆疊CB電極的EIS圖Fig.10 EIS diagram of stacked CB electrodes

由圖10可以看出,增加電極厚度可以降低整體歐姆阻力以及電子、電荷傳遞阻力,增加鈦網(wǎng)后,高頻區(qū)與x軸的交點(diǎn)左移,整體電阻大幅減小,即增加鈦網(wǎng)可以提高堆疊CB電極的導(dǎo)電性,同時(shí)離子以及電子傳遞阻力也相應(yīng)下降[25]。

3 結(jié) 論

本文通過(guò)堆疊碳?xì)衷黾与娙萑ルx子電極的吸附容量,進(jìn)一步通過(guò)在電極片層間加入多層鈦網(wǎng)提升堆疊電極的導(dǎo)電性。堆疊碳纖維電極可導(dǎo)致脫鹽效率有所下降,但通過(guò)增加多層鈦網(wǎng)作為導(dǎo)電體可以有效提升脫鹽速度,當(dāng)間隔增加3層鈦網(wǎng)時(shí),吸附速度較單層提高了2.1倍。增加初始進(jìn)水濃度有利于提升脫鹽速度,進(jìn)水質(zhì)量濃度為0.6 g/L時(shí),脫鹽速度最高可達(dá)0.4 μmol/(cm2·min),吸附容量達(dá)9.74 mg/g。吸附過(guò)程符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué),并隨著堆疊層數(shù)的增加,脫鹽率由5.4%提升至18.9%,脫鹽速度由0.07 μmol/(cm2·min)提升至0.22 μmol/(cm2·min)。本文突破傳統(tǒng)通過(guò)電極修飾、添加電極導(dǎo)電劑等提升電極導(dǎo)電性的方法,具有簡(jiǎn)便、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì),尤其便于工程化應(yīng)用。但也存在著鈦網(wǎng)成本較高的問(wèn)題,需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)價(jià)廉且性能優(yōu)異的導(dǎo)電材料。