摘要
水资源短缺是本世纪人类面临的巨大挑战，丰富的海水资源则成为获取淡水资源的重要来源。但是目前所广泛使用的海水淡化技术，如反渗透、多级闪蒸和电渗析等均存在能耗高、成本高及二次污染等问题。电容去离子（Capacitive Deionization，CDI）作为一种新型脱盐技术，通过对电极施加正向低电压即可实现对溶液脱盐，而后施加反向电压或将其短接即可实现电极的再生，在海水淡化、重金属离子去除以及污水处理等领域都有着广泛的应用前景。CDI 相较于其他脱盐技术，因其具有操作简单、成本低、能耗低、寿命长等优点而成为研究热点。CDI 技术的核心在于 CDI 电极材料的选择，其直接影响脱盐性能的优劣。目前常见的电极材料包括碳纳米材料、过渡金属氧化物/硫化物、聚阴离子聚合物以及银基和铋基材料等。高比表面积、高电导率、适宜孔径等是理想的电极材料的必备条件。银纳米线（AgNWs）作为一种新型一维导电材料，具有高电导率和纳米尺度效应，对溶液中的 Cl-具有很好的吸附效果。本论文主要研究AgNWs/碳基复合气凝胶的可控制备及在电容去离子领域的应用基础研究。通过分别将AgNWs与生物质材料木质素和氧化石墨烯进行复合，可控构筑了AgNWs/木质素碳基复合气凝胶（ AgNWs/CA ）和 AgNWs/还原氧化石墨烯复合气凝胶（AgNWs/rGO）。将上述复合材料与活性炭（AC）电极组成电容去离子测试系统，研究其CDI性能，主要内容如下： （1）AgNWs/CA复合气凝胶的制备及其电容去离子性能研究 在该研究中，通过多元醇法制备具有合适长径比的 AgNWs，采用简单的搅拌混合、快速冷冻，可控构筑了具有多级孔结构的 AgNWs/CA。木质素的强螯合性及其丰富的官能团与 AgNWs 表面基团发生物理化学相互作用，可有效削弱 AgNWs 间的团聚；AgNWs 作为气凝胶的骨架相互搭连，形成三维连通的导电网络，加快了电荷和离子的传输。将所制备的 AgNWs/CA 作为电极材料，在电流密度为 1 A g-1的恒流充放电中，其比电容量高达 231.8 F g-1，本体阻抗仅有 2.3 Ω。将 AgNWs/CA 用于电容去离子电极，在工作电压为1.2 V 的条件下，其最大盐吸附容量为 90.4 mg g-1。 （2）AgNWs/rGO复合气凝胶的制备及其电容去离子性能研究 在该研究中，将AgNWs与氧化石墨烯进行高效复合，即采用简单的超声混合、快速冷冻，可控构筑了具有多级孔结构的 AgNWs/rGO。石墨烯具有优异的导电性、高比电容和高理论表面积等，但其极易自堆叠，三维网络的构建可改善其自堆叠问题；AgNWs 为材料提供赝电容，同时与石墨烯构建互联形成优异的导电网络。将AgNWs/rGO 作为电极材料，本体阻抗仅有 1.9 Ω，在电流密度为 0.2 A g-1的恒流充放电中，其比电容高达371.2 F g-1。将AgNWs/rGO用于电容去离子电极，在工作电压为1.2 V 的条件下，其最大盐吸附容量为 102.0 mg g-1。
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