南京環境科學研究所徐斌：柔性自支撐rGO/NCDs電極的制備及其在電容去離子脫砷中的應用

DOI: 10.1016/j.seppur.2022.121732

電容去離子（CDI）技術在去除微污染水中的砷方面具有廣闊的應用前景。電極材料的選擇和電極的制備是CDI技術的核心部分。本研究通過插入碳量子點來調制石墨烯的結構以形成三維（3-D）rGO/NCDs電極材料，并采用靜電紡絲方法制備了具有優異電化學和結構性能的單片網狀自支撐電極。在除砷實驗中，rGO/NCDs電極在1.0V時的電吸附容量為15.07mg/g，與rGO電極相比提高了29.5%。此外，對實驗數據的模型擬合分析表明，除砷符合擬一級動力學模型和朗繆爾吸附等溫線。熱力學模型表明電吸附是一個自發的放熱過程。顆粒內擴散模型進一步揭示了CDI電極除砷的擴散機理。綜上所述，所制備的具有高電吸附容量的柔性自支撐rGO/NCDs電極為電極制備工藝提供了新思路，進一步促進了CDI技術的大規模應用。

圖1.制備電極的SEM圖像：（a）rGO，（b）rGO/NCDs。

圖2.制備電極的CV曲線：（a）rGO，（b）rGO/NCDs。（c）制備電極的比電容。制備電極的循環GCD曲線：（d）rGO，（e）rGO/NCDs。（f）制備電極在1A/g下進行第20次循環的GCD曲線。

圖3.制備電極在5mg/L砷溶液中的SAC與t曲線圖：（a）rGO，（b）rGO/NCDs。制備電極在5mg/L砷溶液中的SAR與SAC的CDI Ragone圖：（c）rGO，（d）rGO/NCDs。

圖4.所制備電極在不同流速（a）、初始濃度（b）、溫度（c）和電極距離（d）下的電吸附容量。（e）制備電極的再生吸附能力。（f）制備的rGO/NCDs電極除砷的能耗和充電效率。

圖5.通過吸附等溫線擬合As（III）在制備電極上的電吸附行為：（a）Freundlich，（b）Langmuir。

圖6.通過動力學模型擬合As（III）在制備電極上的電吸附行為：擬一級模型（a,b），擬二級模型（c,d）。

圖7.制備電極的熱力學方程擬合：用于除砷的（a）rGO，（b）rGO/NCDs。

圖8.制備電極的顆粒內擴散模型擬合：用于除砷的（a）rGO，（b）rGO/NCDs。

圖9.rGO/NCDs電極在除砷過程中的表征：（a）XPS全光譜，As3d（b）和N1s（c,d）的高分辨率光譜。