可控孔結構電紡活性炭纖維在電吸附過程中的強化脫鹽

DOI: 10.1039/c9ew00751b

電容去離子（CDI）是一種有前途的離子分離技術，具有低鹽度脫鹽的節能特點。然而，由于不規則的孔結構和多孔碳電極中聚合物粘合劑的使用，電吸附能力的限制是一個主要挑戰。這項研究的目的是制備具有良好控制的分層多孔結構的電紡活性碳纖維（ACF）網，作為高性能、無粘結劑的離子電吸附電極。為了表征電紡ACFs，進行了氮吸附-解吸測量、拉曼光譜、掃描電子顯微鏡和循環伏安法測試。結果表明，以聚丙烯腈為原料，經靜電紡絲制備的電紡ACFs，在900℃下，經90分鐘氧化、炭化、活化處理，N₂/ CO₂的比表面積為1300 m² g^-1，中孔相對總孔體積增加39%。此外，石墨化程度高的電紡ACFs具有良好的儲能性能。通過1.6v下的間歇CDI實驗，電紡ACFs具有10.53 mg g^-1的電吸附能力和良好的循環性能。值得注意的是，膜CDI的電吸附容量是CDI的3倍。這種顯著的改善可以歸因于在電吸附過程中作為離子緩沖儲層的額外纖維間孔。因此，通過控制無添加劑的靜電紡絲和活化過程，可以使用電紡ACF電極實現高性能CDI，該電極具有良好的電導率和優良的孔結構（例如，高比表面積、大孔體積和增強的介孔性），可用于離子的電吸附。

圖1.（a）電紡纖維和（b）ACF纖維網的光學和SEM圖像；（c）ACF電極表面的FE-SEM圖像。

圖2.電紡ACF電極的拉曼光譜。

圖3. 在不同條件下制備的靜電紡絲ACF電極材料的（a）氮吸附-解吸等溫線和（b）孔表征。

圖4.（a）ACF-900-60和（b）ACF-900-90電極在1 M NaCl中不同掃描速率下的CV曲線。

圖5.在1.2 V下，ACF-900-60和ACF-900-90電極在5 mM NaCl中的電導變化和CDI Ragone圖。