最廣泛使用的 CDI 工藝之一是流電極電容去離子 (FCDI)，由于其可連續(xù)處理高鹽廢水且能夠規(guī)模化生產，因此比傳統(tǒng)的靜態(tài)電極 CDI 更受青睞。然而，流動電極中不連續(xù)的電荷傳輸網絡限制了海水淡化性能的提高。在本研究中，作者通過簡單的球磨方法制備了六氰基鐵酸鎳和碳納米管復合材料（NiHCF@CNTs），并分別使用NiHCF@CNTs和AC作為流動陰極和陽極構建了不對稱FCDI（AFCDI）系統(tǒng)。然后對AFCDI的海水淡化性能進行了測試，并與使用AC作為兩個流動電極的對稱FCDI系統(tǒng)在不同條件下的海水淡化性能進行了比較。還通過 20 次循環(huán)運行測試來研究穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，與 FCDI 相比，AFCDI 系統(tǒng)表現(xiàn)出更高的平均除鹽率和更低的能耗，這是由于 NiHCF 的高比電容和 CNT 優(yōu)異的導電性相結合而增強了電荷傳輸。而且，AFCDI系統(tǒng)在連續(xù)運行中具有穩(wěn)定的海水淡化性能。這些結果表明，法拉第材料和碳納米管的復合是提高 FCDI 海水淡化性能的有效策略。
Fig 1. NiHCF(@CNTs) 合成過程示意圖。
Fig 2. 本研究中使用的 AFCDI 電池示意圖。
Fig 3. 通過球磨法制備的NiHCF的(a) SEM和(b) XRD。
Fig 4. 所制備的 NiHCF@CNT1-3 的 (a) XRD 和 (b) 晶體結構和 (c-e) SEM。
Fig 5. 海水淡化過程中使用的流動電極的（a）漿料阻力和（b）粘度。
Fig 6. (a) 制備的 NiHCF(@CNT1-3) 和 AC 在 1 M NaCl 中以 1 mV s
-1 掃描速率的 CV 曲線，(b) 制備的 NiHCF(@CNT1-3) 和 AC 在掃描速率下的有效比容量2 mV s
-1 .
Fig 7. (a) 脫鹽溶液的電導率和 (b) 各種 AFCDI 系統(tǒng)的電流，(c) 計算出的 ASRR、CE 和 (d) 各種 AFCDI 的 EC。
Fig 8. AFCDI0–3 電池的電化學阻抗譜 (EIS)：(a) 奈奎斯特圖，(b) 伯德相圖，(c) 伯德模圖，(d) 模擬等效電路和 (e) EIS 數(shù)據(jù)的擬合參數(shù)。
Fig 9. (a)脫鹽溶液的電導率，(b)電流，(C)脫鹽溶液的pH值和(d)在不同施加電壓下AFCDI系統(tǒng)的陰極和陽極的pH值。
Fig 10. 計算出不同電壓下AFCDI系統(tǒng)的ASRR、CE和EC。
Fig 11. AFCDI 和 FCDI-AC 電池的電化學阻抗譜 (EIS)：(a) 奈奎斯特圖，(b) 伯德相圖，(c) 伯德模數(shù)圖，(d) EIS 數(shù)據(jù)的擬合參數(shù)。
Fig 12. (a) 計算的不同初始 NaCl 濃度的 AFCDI 系統(tǒng)的 ASRR、CE、EC 和 (b) SRE。
Fig 13. 計算出AFCDI和FCDI-AC系統(tǒng)在長期海水淡化運行中的ASRR、CE和EC。
Fig 14. AFCDI 與之前研究的性能比較。
相關研究工作由中國科學院過程工程研究所Yuping Li課題組于2023年在線發(fā)表在《Desalination》期刊上，Enhanced salt removal performance using nickel hexacyanoferrate/carbon nanotubes as flow cathode in asymmetric flow electrode capacitive deionization，原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.116929
轉自《石墨烯研究》公眾號
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