改性炭黑导电剂强化流动电容去离子脱盐性能的机制

流动电极电容去离子是一种可连续运行、低能耗的新型电化学脱盐技术。在流动电极中添加导电剂是提升其脱盐性能的常用手段,但常用的导电剂如炭黑(carbon black CB)、碳纳米管(carbon nanotubes CNT)等的强疏水性会影响流动电极的电子传递效率和流动性,因此,提高导电剂亲水性并充分利用其吸附能力是提高流动电极脱盐性能的关键。本研究利用H_(2)O_(2)对炭黑进行氧化改性,通过调节氧化时间,制备了系列具有不同亲水性、表面含氧官能团的炭黑改性材料(CBO),并对其进行了详细的物理和电化学特性表征。在此基础上进一步探究了系列炭黑材料作为导电剂对装置脱盐效果的影响规律,同时优化了系统运行参数。结果表明,由H_(2)O_(2)氧化12 h所制备的炭黑材料作为导电剂时,装置具有较好的脱盐性能,在CBO-12投加量为0.25%、施加电压为1.2 V时,装置的平均除盐速率和电荷效率分别为0.464μmol∙(cm^(2)∙min)^(−1)和83.1%。进一步表征发现,优异的脱盐性能归因于适当的氧化改性,可有效改善CB的疏水性,并在其表面引入大量含氧官能团,在改善流动电极电荷传递能力的同时,还能充分利用改性CB的吸附性能。

电子转移主导的载钴生物炭活化PMS降解四环素

为实现水体中抗生素类污染物的高效去除,以青霉素菌渣为前驱体制备了系列金属钴负载的生物炭催化剂(Co-doped penicillin residue biochar,CoPB),用于活化过一硫酸盐(PMS)降解四环素(TC).同时,系统表征了系列材料的理化性质、形貌结构、表面官能团和元素价态分布特征,探究了催化剂投加量、PMS剂量及不同体系对TC降解的影响.结果表明,所制备的CoPB-10催化剂可在20 min内有效实现98.06%的TC去除率,循环4次后仍保持在93.33%.通过淬灭实验、电子顺磁共振(EPR)、循环伏安法(CA)和电化学阻抗(EIS)鉴别了体系中的活性物种,明晰了CoPB/PMS/TC体系的降解机制.CoPB-10/PMS体系的优异催化性能得益于Co元素的价态循环和物相间的电子传递.本研究为构建电子传递主导的新型钴基催化剂提供了新的思路.

多级串联膜电容去离子装置的脱盐性能

膜电容去离子(membrane capacitive deionization,MCDI)技术具有的装置简单、易操作、易再生、成本低,无污染、节能等优势,使其成为一种新型的脱盐技术。为了提升MCDI的脱盐性能,将多个装置的进水串联,对每个装置单独加电来探究脱盐率,平均脱盐速率、单位能量脱盐量等指标对多级串联的影响。结果表明,在进水盐质量浓度、水力停留时间、电压等不同操作条件下,二、三级MCDI串联脱盐率都提高了约2、3倍,三级串联较二级串联的脱盐速率提升较小,但具有更高的能耗。综合比较,二级MCDI串联的脱盐性能更优,并获得了最佳的操作条件为1.5 g·L^(-1),0.375 min,1.2 V。在连续脱盐过程中,多级串联能够连续稳定的去除盐离子,并且具有较高的吸附容量,表明了连续脱盐的可行性。研究结果对多级MCDI脱盐工程化应用具有指导意义。