Mesopore dominated capacitive deionization of N-doped hierarchically porous carbon for water purification

电容去离子 介孔材料 海水淡化 材料科学 化学工程 吸附 聚丙烯腈 电极 大孔隙 解吸 碳纤维 电容 比表面积 化学 复合材料 催化作用 有机化学 物理化学 工程类 生物化学 聚合物 复合数
作者
Shoujun Wang,Dezhi Chen,Zhixia Zhang,Yi Hu,Hongying Quan
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:290: 120912-120912 被引量:79
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2022.120912
摘要

Under the global shortage of freshwater resources, capacitive deionization (CDI) has attracted widespread attention as an efficient and energy-saving water purification technology. Herein, N-doped hierarchically porous carbons (NPCs) with micro-meso-macropore, excellent specific capacitance (194.75 F g−1), large specific surface area (1903.0 m2 g−1), high mesoporous content, and fast ion transport capability were prepared by the pyrolysis of polyacrylonitrile using nano-silica and ZnCl2 as pore-making agents. As CDI electrode materials for desalination and heavy metal adsorption, the optimized NPC-0.75 electrode delivered a maximum electrosorption capacity of 19.61 mg g−1 at the optimum operating parameters (1.2 V, 10 mL min−1, 500 mg L-1 NaCl) and an excellent regeneration performance after continuous electrosorption-desorption cycles. The structure–activity relationship analysis indicated that the mesopore dominates the CDI performance of NPCs in water. In addition, NPC-0.75 electrode showed a high removal capacity for Cu2+ (36.3 mg g−1), Cd2+ (30.02 mg g−1) and Pb2+ (21.5 mg g−1) in water. This study provides new insight into the design of high-efficiency porous carbons toward the CDI from water.
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