双电层效应电吸附材料的构造及离子分离机理

基本信息
批准号:51608516
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:吉庆华
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张凯,古振澳,王思达
关键词:
石墨烯电极材料重金属电吸附双电层
结项摘要

The separation of aqueous heavy metal ions is crucial to the control of heavy metal pollution and the recycling of heavy metal resources. The traditional electrosorption technology, which can adsorb ions and store them in the electric double layer region through electrostatic interaction, fails in separating ions that with different characteristics. However, the separation of ions can be realized by the ion separation method based on the fine structure of the electric double layer. Till now, to optimize the design of these electrode materials and to clarify the relationship between the fine structure of the electric double layer and the ion separation efficiency, are the key problems that have not been solved. Herein, we propose to design nitrogen-doped graphene, which can optimize the fine structure of the electric double layer; The chemical form and amount of nitrogen will be tuned to improve the fine structure effect of the electric double layer and the relationship between the chemical form of nitrogen and the characteristics of the fine structure of the electric double layer will be clarified. The mechanism on the formation/transformation of the fine structure of the electric double layer will be proposed. The method of tuning the stability and ion selective ability of the fine structure of the electric double layer will be developed. The water treatment technology and reactor based on this ion separation method will also be exploited. The project will provide scientific basis and theoretical fundamentals for the innovation in the control of heavy metal pollution and the recycling of heavy metal resources.

如何有效分离出水中重金属离子是控制重金属污染和实现重金属资源回收利用的关键步骤。现有的电吸附技术是通过静电作用将水中离子吸附在双电层中,而不具备将多种金属离子分离的功能。基于双电层精细结构效应的离子分离方法可实现对水中不同离子的高效分离。然而,如何构建并优化具备双电层精细结构效应的电极材料,阐明双电层精细结构与离子分离效能之间的关系,是研究中尚未解决的核心问题。为此,本项目提出构建具有双电层精细结构效应的氮掺杂石墨烯;通过调控掺氮形态和掺氮量,提升双电层精细结构效应,明确掺氮形态和双电层精细结构特征的匹配关系;揭示双电层精细结构效应的作用机理与形成/转化机制,提出双电层精细结构的稳定性与离子选择性的调控方法,发展基于双电层精细结构效应的净水方法与反应器,为重金属污染控制和资源回收技术的创新和应用提供科学依据和理论基础。

项目摘要

如何有效转化、分离出水中重金属离子是控制重金属污染和实现重金属资源回收利用的关键步骤。本研究从分子尺度、微纳米尺度等对电极材料进行功能和结构调控,研究了水中污染物电分离与电转化的多相反应过程,建立了基于界面构造及微物理场调控的电化学新原理和新方法。通过构建具有双电层精细结构效应的氮掺杂石墨烯,明确了掺氮形态和金属离子选择性吸附的匹配关系,揭示了孔结构特征对离子选择分离的影响机制,提出了基于氮形态和孔结构调控的高效离子分离电极材料的设计思路与方法;研究了电化学反应过程的微场强化作用,研发了聚苯胺纳米点修饰石墨烯电极,并开发了微流体穿过式电化学反应器,实现对六价铬的高效还原;进一步构建了聚苯胺/石墨烯复合材料和铁还原电池系统,实现六价铬还原并同步产电;研制了高性能Pd-In双金属电催化剂,耦合穿透式电极反应器,通过流场强化和电荷调控实现活性物种原子氢的稳定和高效利用,并提出微结构调控界面传质以及活性物种有效产生与利用的策略。本研究提出的基于界面构造调控重金属离子的高效吸附、分离和转化,为重金属污染控制和资源回收技术的创新提供了理论基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

珠江口生物中多氯萘、六氯丁二烯和五氯苯酚的含量水平和分布特征

珠江口生物中多氯萘、六氯丁二烯和五氯苯酚的含量水平和分布特征

DOI:10.7524 /j.issn.0254-6108.2017122903
发表时间:2018
2

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

DOI:10.11862/CJIC.2019.081
发表时间:2019
3

基于自适应干扰估测器的协作机器人关节速度波动抑制方法

基于自适应干扰估测器的协作机器人关节速度波动抑制方法

DOI:10.13973/j.cnki.robot.210412
发表时间:2022
4

岩石/结构面劣化导致巴东组软硬互层岩体强度劣化的作用机制

岩石/结构面劣化导致巴东组软硬互层岩体强度劣化的作用机制

DOI:10.3799/dqkx.2019.110
发表时间:2019
5

近红外光响应液晶弹性体

近红外光响应液晶弹性体

DOI:10.7536/pc200335
发表时间:2020

吉庆华的其他基金

相似国自然基金

1

双电层相互作用时粘土胶粒表面电位分布与阴离子负吸附

批准号:40701078
批准年份:2007
负责人:卞永荣
学科分类:D0709
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

碳基电活性离子选择渗透膜制备及其双电层-脉冲电位耦合离子传递机制

批准号:21776191
批准年份:2017
负责人:郝晓刚
学科分类:B0804
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
3

双电层内离子浓度分布:建模,分析与计算

批准号:11601361
批准年份:2016
负责人:周圣高
学科分类:A0504
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
4

基于纳米材料的双电层俘能机理研究及其系统优化

批准号:11872302
批准年份:2018
负责人:陈曦
学科分类:A0805
资助金额:63.00
项目类别:面上项目