【摘 要】
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电容去离子(Capacitive deionization,CDI)技术是一种能够快速去除盐溶液中带电离子的新技术。该技术是使盐溶液流过一对带电电极构成的通道,在电场的作用下实现对溶液中离子的吸附分离。与蒸馏、反渗透等传统脱盐技术相比,由于CDI操作成本低、环境友好、脱盐效率高等优点,近年来受到越来越多的关注。为了研究电容去离子技术的脱盐机理,首先设计并组装了电极间流过式CDI(Flow-betw
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电容去离子(Capacitive deionization,CDI)技术是一种能够快速去除盐溶液中带电离子的新技术。该技术是使盐溶液流过一对带电电极构成的通道,在电场的作用下实现对溶液中离子的吸附分离。与蒸馏、反渗透等传统脱盐技术相比,由于CDI操作成本低、环境友好、脱盐效率高等优点,近年来受到越来越多的关注。为了研究电容去离子技术的脱盐机理,首先设计并组装了电极间流过式CDI(Flow-between electrode CDI)单元实验装置,并利用该装置在不同运行参数下进行了CDI脱盐性能实验研究,在此基础上,开展CDI脱盐机理分析。另外,结合格子Boltzmann方法在孔隙尺度下对CDI多孔电极内部离子的动态传质和吸附过程进行模拟与分析。主要研究内容如下:(1)宏观实验研究设计组装小型电极间流过式CDI(Flow-between electrode CDI)单元,并构建完整的CDI脱盐系统,开展电容去离子脱盐性能研究。利用扫描电子显微镜(SEM)分析活性炭电极的表观形貌;利用循环伏安(CV)法分析了CDI多孔电极的电化学性能;研究了工作电压、溶液初始浓度以及进口流速等参数对CDI脱盐效果的影响,为CDI脱盐过程中运行参数的选择提供依据;利用等温吸附模型、吸附动力学模型分析了CDI多孔电极对溶液中离子的脱盐机理。(2)孔隙尺度下LBM模拟研究针对电极间流过式CDI(Flow-between electrode CDI)单元的多孔电极负极,采用简化结构构造出CDI多孔电极二维骨架数字模型;将Navier-Stokes方程、浓度扩散方程以及Langmuir吸附模型耦合求解,提出了一种描述CDI多孔电极内部动态传质和吸附过程的LBM模型;对CDI多孔电极内盐溶液的动态传质和吸附过程进行模拟,探究了孔隙尺度下进口流速、孔隙率、颗粒粒径对CDI多孔电极吸附性能的影响。
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