A green potassium citrate activation strategy via one-step synthesis of 3D porous carbon for capacitive deionization

电容去离子 海水淡化 吸附 化学工程 化学 碳化 电解质 碳纤维 材料科学 无机化学 电极 有机化学 复合材料 物理化学 复合数 工程类 生物化学
作者
Luwei Miao,Zhen Wang,Ming Gao,Jie Peng,Yi Chen,Fangfang Chen,Wenqing Chen,Tianqi Ao
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:346: 127510-127510 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.127510
摘要

Capacitive deionization (CDI) shows potential for desalination whereas exploring green and low-cost porous carbon electrodes exhibiting good desalination performance is still challenging. Herein, a green one-step carbonization-activation strategy was developed with carboxymethyl cellulose (CMC) as precursor and potassium citrate as activator to prepare CA(K)/CMC for CDI desalination. Owing to the introduction of potassium citrate, CA(K)/CMC exhibited larger specific surface area, better porous structure, more defects, and richer oxygen content. These improvements effectively accelerated charge transfer and ion transport process in CA(K)/CMC, which significantly increased the specific capacitance of CA(K)/CMC. Owing to the synergistic effect of these above properties, the optimized CA(K)/CMC-1-2 demonstrated high salt adsorption capacity (17.21 mg g−1, 1.2 V, 200 mg/L) and desalination rate (0.023 mg g−1 s−1, 1.2 V, 200 mg/L), and good cycling stability. Density functional theory (DFT) calculations further verified the advantageous characteristics of CA(K)/CMC-1-2 indeed improved ions adsorption. This finding offers new insights for designing green and economical carbon-based electrodes for desalination by CDI.
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