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双重活化多孔碳氮材料实现流动电极电容去离子高效矿井水脱盐
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作者 贺琼琼 彭海森 +5 位作者 孟振 苗真勇 万克记 许恩乐 高明强 黄少萌 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1732-1746,共15页
严格的环保法规驱动下,煤矿在高盐矿井水回收处理上面临的挑战不断升级,因此迫切需要研发高效的深度脱盐技术,以突破行业困境并实现非常规水资源的利用。虽然流动电极电容去离子(FCDI)技术在脱盐领域内崭露头角,但仍存在电极材料性能造... 严格的环保法规驱动下,煤矿在高盐矿井水回收处理上面临的挑战不断升级,因此迫切需要研发高效的深度脱盐技术,以突破行业困境并实现非常规水资源的利用。虽然流动电极电容去离子(FCDI)技术在脱盐领域内崭露头角,但仍存在电极材料性能造成的脱盐能力壁垒。研究提出了一种双重活化多孔碳氮电极材料制备的新方法,以蔗糖为碳源,三聚氰胺为氮源,整合了双模板法、水蒸气活化、酸浸氧化及氮掺杂的优点,改善了材料的润湿性和导电性,同时使得电极材料具备独特整齐排列的柱状结构、更大的比表面积(1039.76 m^(2)/g)、更丰富的孔结构(0.32 cm^(3)/g)、更多的氮氧电负性点位和更好的润湿性能,以此实现高效,低能耗的矿井水脱盐。该材料(H_(2)O(g)-HNO_(3)/CN)应用于FCDI装置中且经过电压、活性材料含量、处理液初始浓度及pH的工艺优化后对1 g/L的NaCl溶液脱盐5 h,除盐率高达100%,平均脱盐速率、脱盐量、电荷效率及标准脱盐量能耗分别为0.00952mg/(min·cm^(2)),37.08mg/g,24.02%和481.98J/mol,即使经过7次循环吸脱附试验,除盐率仍能达到95.71%。为了探究H_(2)O(g)-HNO_(3)/CN的吸附除盐机理,进行了电化学性能、吸附动力学及等温线的分析。结果表明其比电容高达99.38 F/g,内电阻极小;对Na^(+)离子的吸附更符合伪二阶动力学模型和Langmuir等温线模型,对Na^(+)离子的饱和吸附量为4.30mg/g,饱和吸附时间为120min。 展开更多
关键词 双重活化 多孔碳氮材料 流动电极电容去离子 高盐矿井水 脱盐
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双阴膜流动电极电容去离子净化含铬废水
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作者 刘翰隆 张春鹏 +6 位作者 张思瑶 张洋 任学志 杜雅琳 张爽 马语璠 王彧洋 《中国环境科学》 北大核心 2025年第7期3799-3806,共8页
开发了一种完全对称的“双阴膜”流动电极电容去离子(SFCDI)装置处理含六价铬Cr(Ⅵ)废水,采用双阴离子交换膜和短路闭合模式,无需高浓度背景离子,即可实现高效Cr(Ⅵ)去除.结果表明,这一构型的显著特点是避免了传统FCDI中因使用阳离子交... 开发了一种完全对称的“双阴膜”流动电极电容去离子(SFCDI)装置处理含六价铬Cr(Ⅵ)废水,采用双阴离子交换膜和短路闭合模式,无需高浓度背景离子,即可实现高效Cr(Ⅵ)去除.结果表明,这一构型的显著特点是避免了传统FCDI中因使用阳离子交换膜而导致的Cr^(3+)回渗与总Cr浓度反弹问题.在1.2V电压、初始pH 5.0条件下,SFCDI在150min内将Cr(Ⅵ)浓度从50mg/L降低至0.41mg/L,总Cr去除效率达97.55%,能耗仅为0.12kWh/m^(3).与传统FCDI相比,SFCDI显著提高了总Cr去除效率并有效阻止Cr^(3+)回流.进一步研究分析了电压、活性炭含量、pH值及共存阴离子对处理性能的影响,并验证了SFCDI在连续运行及实际电镀废水处理中的适用性和稳定性.在180min内,对实际电镀废水的Cr(Ⅵ)去除率达97.68%,展现出绿色、高效、低能耗的应用潜力. 展开更多
关键词 双阴膜设计 流动电极电容去离子 六价铬 含铬废水 电镀废水
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流动性电极电容去离子技术的脱盐性能研究 被引量:6
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作者 杨宏艳 张卫珂 +5 位作者 葛坤 焦琛 贾佳 王佳玮 梁颖 邓钏 《环境污染与防治》 CAS CSCD 北大核心 2017年第8期911-915,919,共6页
为改进传统静态电容去离子技术(CDI)的脱盐性能,组装了流动性电极电容去离子系统(FCDI),并分别以活性炭80(AC80)和纳米洋葱炭(CNOs)制备电极浆液,考察在不同电压、盐溶液流速、盐浓度等条件下FCDI的脱盐效果。实验结果表明,AC80制备的... 为改进传统静态电容去离子技术(CDI)的脱盐性能,组装了流动性电极电容去离子系统(FCDI),并分别以活性炭80(AC80)和纳米洋葱炭(CNOs)制备电极浆液,考察在不同电压、盐溶液流速、盐浓度等条件下FCDI的脱盐效果。实验结果表明,AC80制备的电极浆液脱盐性能优于CNOs,FCDI的脱盐率随电压的增加而增大,随盐溶液流速的增加而减小,当以AC80制备电极浆液,电压为1.4V,盐溶液进水质量浓度为100mg/L,流速为2.5mL/min,进料室盐溶液流速与阴阳电极室中电极浆料流速比为1∶2∶2时,FCDI的脱盐率达70.38%。在最佳运行条件下构建二级串联FCDI模组,其对100mg/L盐溶液的脱盐率达82.63%,随着盐浓度的增大,二级串联FCDI模组的脱盐率随之降低,但脱盐速率及比吸附量逐渐增加,导致脱盐比能耗降低。 展开更多
关键词 流动电极 电容去离子 电压 脱盐
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流动电极电容去离子技术综述:研究进展与未来挑战 被引量:8
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作者 王祺 房阔 +1 位作者 贺聪慧 王凯军 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期975-989,共15页
随着全球能源危机的加剧和碳中和的提出,污水资源化和能源回收成为近年来的研究热点。电容去离子(CDI)这一新型电化学技术,以节能、无污染等优势受到广泛关注。流动电极电容去离子(FCDI)技术是在CDI技术的基础上,结合离子交换膜及流动... 随着全球能源危机的加剧和碳中和的提出,污水资源化和能源回收成为近年来的研究热点。电容去离子(CDI)这一新型电化学技术,以节能、无污染等优势受到广泛关注。流动电极电容去离子(FCDI)技术是在CDI技术的基础上,结合离子交换膜及流动电极的新型电化学吸附方法,在保持节能的同时,能够实现连续运行从而不间断地产水。本文重点关注FCDI技术的原理、设计、操作模式、考察指标及在环境领域中的应用(包括污水处理、能源回收及其他新兴应用),全面概述了这项水处理技术的研究进展和未来前景。此外,还介绍了FCDI系统中常用性能评价指标,以便不同系统、不同条件之间进行对比。最后,提出了FCDI技术在未来全面应用中的主要挑战。 展开更多
关键词 吸附 电化学 电吸附技术 流动电极 电容去离子 研究进展 环境应用 废水
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流动电极电容去离子技术研究进展 被引量:2
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作者 雍天智 李阳 +3 位作者 陆建刚 林若昀 吴俊升 左晓俊 《工业水处理》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期17-25,共9页
具有低成本、低能耗、高效率优势的电容去离子技术(CDI)是缓解水危机的有效手段。流动电极电容去离子技术(FCDI)通过将流动电极和离子交换膜耦合,可弥补传统CDI技术吸附能力有限、无法长期连续运行的技术瓶颈。经过近十年的广泛研究,FCD... 具有低成本、低能耗、高效率优势的电容去离子技术(CDI)是缓解水危机的有效手段。流动电极电容去离子技术(FCDI)通过将流动电极和离子交换膜耦合,可弥补传统CDI技术吸附能力有限、无法长期连续运行的技术瓶颈。经过近十年的广泛研究,FCDI技术在理论研究、材料开发和工程应用上取得了积极进展,展现出了良好的应用前景。对FCDI技术进行了系统综述,介绍了其发展历程及运行原理,并从装置构型、运行模式、材料创新和参数影响等方面深入分析了影响脱盐性能的关键因素,指出提升脱盐性能的优化策略。此外,总结了FCDI技术在水体脱盐、水污染治理及资源化、能源回收等领域的应用现状,评价了该技术的经济性和实用性,最后提出FCDI技术未来可行的发展方向。 展开更多
关键词 流动电极电容去离子 系统优化 脱盐 废水资源化
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流动电极电容去离子去除铵根离子模型及优化
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作者 李翱 王宏洋 +3 位作者 孙宇巍 王旭 汪霞 朱光灿 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期2123-2131,共9页
为了更直观地研究流动电极电容去离子(flow electrode capacitive deionization,FCDI)除氨工艺的机理并进行高效改进,本文构建了FCDI装置去除NH_(4)^(+)的电化学稳态模型,实验结果模拟准确率达到93.8%。利用该模型研究了FCDI除氨工艺在... 为了更直观地研究流动电极电容去离子(flow electrode capacitive deionization,FCDI)除氨工艺的机理并进行高效改进,本文构建了FCDI装置去除NH_(4)^(+)的电化学稳态模型,实验结果模拟准确率达到93.8%。利用该模型研究了FCDI除氨工艺在进水流量、电流密度、电极液中活性炭质量分数等工况条件下的能耗和去除效率变化趋势,计算离子选择性和去除速率两个指标,定性阐明操作参数对去除氨的影响机理,筛选出较优化工况。研究结果表明,FCDI除氨工艺在进水流量1.25mL/min、电流密度21.26A/m^(2)、活性炭质量分数为10%时,除氨效率为74.5%,能耗为29.62kWh/kg N,达到较为理想的状态。在优化的工况条件下,讨论了NH_(4)^(+)在FCDI装置内部的微观传输情况,考虑到过长的流道长度会增强电流密度的极化现象,降低装置除氨性能,提出了串联装置的建议。保持流道长度和工况条件不变,串联的装置可以比原装置的去除效率提升32.9%,同时去除单位质量N的能耗降低22.0%,表明装置的改进是有效的。优化后的FCDI除氨工艺比同类处理工艺更有优势,NH_(4)^(+)去除效率更高,能耗更低,具有广泛应用前景。 展开更多
关键词 流动电极电容去离子 电化学 模型 废水 氨氮
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并联放电等离子体合成射流激励器工作特性 被引量:4
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作者 王林 周岩 +3 位作者 罗振兵 夏智勋 邵涛 邓雄 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期59-66,共8页
等离子体合成射流激励器凭借射流速度高、工作频带宽、响应迅速等优势在高速流场主动流动控制领域具有良好的应用前景。为了克服单个激励器控制能力弱、控制范围窄的缺点,开展了并联放电等离子体合成射流激励器的研究,搭建了最多支持三... 等离子体合成射流激励器凭借射流速度高、工作频带宽、响应迅速等优势在高速流场主动流动控制领域具有良好的应用前景。为了克服单个激励器控制能力弱、控制范围窄的缺点,开展了并联放电等离子体合成射流激励器的研究,搭建了最多支持三路并联放电的微秒脉冲电源。测试结果表明,电源在空载及负载条件下可以实现1000 Hz稳定放电。随着放电电容的增大,放电电能的提高,等离子体电弧的温度升高,激励器腔体内气体被加热得更剧烈,产生的射流速度增大。随着工作频率的提高,激励器的击穿电压降低,放电电能减小,射流速度减小。通过对触发信号的调制,可以实现每个激励器的独立控制,使得并联式激励器具有更强的流动控制灵活性。试验结果显示,激励器工作相位与触发相位具有较好的对应关系。 展开更多
关键词 离子体合成射流 电极 主动流动控制 并联式阵列 放电频率 放电电容
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NG-MFCs协同FCDI处理含盐废水应用研究
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作者 梁颖 张卫珂 +2 位作者 杨宏艳 焦琛 王佳玮 《水处理技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期83-86,共4页
以氮掺杂石墨烯(NG)催化微生物燃料电池(MFCs)的阴极,同时多级串并联方式连接MFCs与流动电极电容去离子(FCDI)装置,用以处理含盐废水。结果表明,NG-MFCs的产电脱氮性能明显提升,其最大输出电压为523 m V,NH_4^+-N的去除率达到92.7%;并... 以氮掺杂石墨烯(NG)催化微生物燃料电池(MFCs)的阴极,同时多级串并联方式连接MFCs与流动电极电容去离子(FCDI)装置,用以处理含盐废水。结果表明,NG-MFCs的产电脱氮性能明显提升,其最大输出电压为523 m V,NH_4^+-N的去除率达到92.7%;并联方式下的MFCs产电输出更加稳定,处理Na Cl质量浓度2 g/L的盐溶液,MFCs-FCDI装置的除盐率达到30%。因此,NG-MFCs以其输出能量FCDI进行除盐,可达到能源利用与污水处理的双重效果。 展开更多
关键词 微生物燃料电池(MFCs) 氮掺杂石墨烯(NG) 阴极 流动电极电容去离子(fcdi) 除盐
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