多孔碳纤维电极材料的制备及电容去离子性能研究  被引量:2

Porous carbon nanofiber electrode for capacitive deionization

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作  者:张惠中 田家宇 李健生[1] 朱志高 Zhang Huizhong;Tian Jiayu;Li Jiansheng;Zhu Zhigao(School of Environmental and Biological Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,China;School of Environment,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;School of Civil and Transportation Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China)

机构地区:[1]南京理工大学环境与生物工程学院,江苏南京210094 [2]哈尔滨工业大学环境学院,黑龙江哈尔滨150001 [3]河北工业大学土木与交通学院,天津300401

出  处:《南京理工大学学报》2024年第1期104-111,共8页Journal of Nanjing University of Science and Technology

基  金:国家自然科学基金(52000105);江苏省自然科学基金(BK20200478);中央高校基本科研业务费专项资金(30922010806)。

摘  要:由于碳纳米纤维比表面积(SSA)较低,在电容去离子(CDI)应用中,其脱盐效率并不理想。该研究采用静电纺丝技术制备了沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)材料与聚丙烯腈(PAN)复合纳米纤维,并通过碳化工艺处理得到多孔碳纳米纤维电极材料。经过优化组分及碳化工艺后,所得碳纤维电极的SSA和孔体积分别高达398.74 m^(2)/g和0.180 cm^(3)/g。在1.2 V和1.6 V电压下,该电极对500 mg/L的NaCl溶液(50 mL)的盐吸附容量分别达21.16 mg/g和39.04 mg/g。此外,电化学测试结果显示,提高碳纳米纤维电极的孔隙率可以在一定程度上提高双电层电容,从而实现更高的离子吸附量和更稳定的储能性能。Due to the relatively low specific surface area(SSA)of carbon nanofibers,their desalination efficiency in capacitive deionization(CDI)applications is not satisfactory.In this study,we prepared zeolitic imidazolate framework-8(ZIF-8)and polyacrylonitrile(PAN)composite nanofibers using electrospinning technology and obtained porous carbon nanofiber electrode materials through carbonization process.After optimizing the composition and carbonization process,the resulting carbon fiber electrode exhibited an SSA of 398.74 m^(2)/g and a pore volume of 0.180 cm^(3)/g,respectively.At voltages of 1.2 V and 1.6 V,the salt adsorption capacity of the electrode for a 500 mg/L NaCl solution(50 mL)reached 21.16 mg/g and 39.04 mg/g,respectively.Furthermore,electrochemical testing revealed that increasing the porosity of carbon nanofiber electrodes can improve the double-layer capacitance to a certain extent,thereby achieving higher ion adsorption capacity and more stable energy storage performance.

关 键 词:电容去离子 吸附 碳纳米纤维 沸石咪唑酯骨架-8 静电纺丝 

分 类 号:X523[环境科学与工程—环境工程]

 

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