Simultaneous, monovalent ion selectivity with polyelectrolyte multilayers and intercalation electrodes in capacitive deionization

电容去离子 选择性 二价 材料科学 离子 聚电解质 电极 无机化学 水软化 离子交换 插层(化学) 化学 电化学 吸附 聚合物 有机化学 催化作用 物理化学 软化 生物化学 复合材料
作者
Kaustub Singh,Sevil Sahin,Jayaruwan Gunathilake Gamaethiralalage,Rafael L. Zornitta,Louis C. P. M. de Smet
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:432: 128329-128329 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.128329
摘要

Selective ion separation via capacitive deionization (CDI) is of relevance because of its environmental and industrial applications in water purification and softening, heavy metal removal, and resource recovery. Conventionally, carbon electrodes and ion-selective membranes have been used for selective removal of anions and cations. In this study, we engineered a CDI cell with two identical NiHCF electrodes, separated by an anion–exchange membrane coated with a polyelectrolyte multilayer (PEM), for simultaneous and selective separation of monovalent over divalent anions and cations. The modified membrane rejects divalent over monovalent anions while the NiHCF electrodes selectively adsorb monovalent over divalent ions. A separation factor (β) of 7 < β < 14 was obtained for Cl− over SO42−, while an average β of ≈ 17 was obtained for Na+ over Mg2+, reflecting the preference of the modified membrane and the electrodes, respectively. Moreover, this preference was preserved at low concentrations of monovalent ions as well. This tandem use of intercalation electrodes and a PEM membrane provides a new and facile method for simultaneous cation and anion selectivity in CDI, opening new avenues for enhanced and tunable separations from complex ion mixtures
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