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豆荚当电极 新型电池变身“海水淡化神器”

来源:科技日报 发表时间:2018-06-14 59
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记者从中科院合肥物质科学研究院获悉,该院固体物理研究所环境与能源纳米材料中心,在生物质衍生氮掺杂多孔碳作为多功能电极材料,在金属锌—空电池自驱动脱盐应用研究方面取得重要进展,相关研究日前发表在《化学工程杂志》上。

目前,常用的脱盐方法包括反渗透、热蒸发、电渗析和电容去离子等。其中,电容去离子(CDI)技术利用在电极材料表面形成的双电层来吸附水中带电荷离子,从而达到盐水淡化的目的。此技术不会造成二次污染且具有低能耗、低投资、低运行成本的优越性,还可利用可再生能源如太阳能、风能等进行驱动,是海水/苦咸水脱盐获取淡水资源的理想技术。然而当前广泛使用的高效碳基CDI电极材料主要通过传统化石燃料衍生物制备,无疑提高了其大规模应用的成本。

为此,科研人员选择丰富、廉价、可再生的、含天然氮元素的豆荚作为原料,通过辅助活化热解的方法制备出具有多级开放孔结构的氮掺杂碳材料,再将所得的氮掺杂多孔碳材料进一步进行磺化处理,得到磺酸功能化的多孔碳材料(S-NPC)。通过将所制备的S-NPC与氨化的活性炭分别作为电极材料组装成CDI装置,并用于脱盐实验。研究结果表明,与其他碳材料相比,多孔碳材料展示出更加优异的吸附性能,主要归因于其高的比表面积、多级开放孔结构及其表面功能化的磺酸基官能团协同作用,表明生物质衍生的碳作为CDI电极材料具有很好的应用前景。同时由于所制备NPC材料实现了异原子(如氮)的掺杂,因此其还展示出优异的氧还原反应(ORR)性能。基于此,将金属锌—空电池与CDI体系有机整合,利用锌—空电池供电实现了高效CDI脱盐应用。

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