There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam

Framkallande Nano-Strukturerade KolElektroder för Kapacitiv Desalination

Vid Professorn Linda Zou

Professorn Linda Zou, Desalination och Bevattnar Återanvänder, SA Bevattnar Centrerar för Water Ledning och Återanvänder, Skolar av den Naturliga och Byggda Miljön, Universitetar av den Motsvarande författare för den Södra Australien, Mawson Lakes Universitetsområdet: linda.zou@unisa.edu.au

Kapacitiv deionisation (CDI) är en lova alternativ teknologi i desalination (Welgemoed och Schutte 2005; Bonde o.a. 1997; Oren 2008) vilket är bestämt passande för småskaligt inlands- bräckt bevattnar desalination tack vare dess begäran för lägre energi och låga underhållskrav.

CDI uppsätta som mål borttagningen av de salt jonerna, som är endast en liten procentsats av matningslösningen, i motsats till mest andra desalinationteknologier som syftet att skifta bevattnar, som redogör för 90% av matningslösningen (Fig 1). Som ett resultat fungerar CDI på låg energi, och elektroderna regenereras lätt.

Porösa kolelektroder leker en kritisk roll, i att bestämma CDI-kapacitet. Idealelektrodmaterialen för CDI bör vara högt ledande, med en kick ytbehandla område, och den passande por storleksanpassar fördelning.

  

Processaa Schematiskt diagram för Fig 1 av kapacitiv deionization

Desalinationkapacitet av olika kolelektroder

Föregående forskning har visat, att effektiviteten av CDI beror starkt på ytbehandlarekvisitan av kolelektroderna, inklusive deras ytbehandlar område och pormicrostructuren (Zou o.a., 2008a, 2008b Li o.a., 2009;).

Många sorter av kolmaterial har utforskats som CDI-elektroder, inklusive kolaerogel, aktiverat kol, koltorkduken, kolnanotubes och mesoporous kol (Ryoo och Seo, 2003; Zhang o.a., 2006a, 2006b; Dai o.a., 2006; Zou o.a., 2008; Xu o.a., 2008; Li o.a., 2008). Beställnings- design av de specifika kännetecknen av det porösa ska bly- för kolmaterial till förbättrad electrosorption- och desorptionkapacitet i desalinationapplikationer.

De electrosorptive kapacitetarna av olika kolelektroder jämfördes i gruppera-funktionsläget experimenten som förades i fortlöpande ett återvinningsystem däribland en electrosorptive enhetscell, och conductivity övervakar som visat i Fig. 2 (a, b). Fig. 3 shows som TEMEN avbildar av beställt mesoporous kol (OMCs) (Li o.a., 2009), singeln och de dubbla väggkolnanotubesna och den slumpmässiga ojämna porordningen i aktiverade kol såväl som deras desaltingkapacitet.

 

Schematiskt diagram för Fig 2 (a, b) av CDI-enheten.

 

Jämförelse för Fig 3 av porösa kolmaterial

Graphenes som är förberedd vid Forska Gruppera för Prof Zous

Graphene är ansedd ` det tunnaste materiellt i vårt universum' (Giem och MacDonald, 2007). Dess ovanliga elektriska conductivity och tvådimensionella lägenhet strukturerar har stimulerat mycket forskning för att optimera dess rekvisita och för att öppna banor för olika applikationer.

ProfessorZous grupp har lyckat synthesised graphenenano-flingor och var första till rapporten av att använda dem som elektroder i den processaa CDIEN.

Graphenes' som den tunna lägenheten strukturerar, har bekräftats av TEM, och AFM avbildar som visat i Fig. 4 (A.C.). I vår nya forskning har graphenenano-flingor (GNFs) chemically chemically synthesised av en ändrad Hummersmetod (Li och Zou o.a., 2010a).

Till Och Med optimisation av det experimentellt villkorar, fanns det att förhållandet av nitric syra och sulphuric syralekar en viktig roll, i att bestämma närmare detalj ytbehandlar område av GNFs. Resultaten visade att GNFs som var förberedd vid detta processaa hade en närmare detalj att ytbehandla område av 222,0 m/g2, som är mycket högre än de föregående 14,2 mna/g.2

 

Fig. 4 (a) TEM avbildar av graphenes. (b, c) avbildar AFM

Jämförelse av Graphene Nano Flingor (GNFs) och Aktiverade Kol (ACs)elektroder

De GNFs och ACs elektroderna har använts i en cell för ta av planetfjällCDI för desaltingexperiment under samma villkorar. Deras electrosorptive kapacitetar såväl som VAD ytbehandlar område visas in Figurerar 5 (a).

Även Om ha det större ytbehandla område (989,54 m/g2) än GNFs (222,0 m/g2), har ACs en electrosorptive kapacitet av endast 13,73 µmol/g, som är mycket lägre än det av GNFs (vars electrosorptive kapacitet är 23,18 µmol/g). Detta kan tillskrivas till faktumet att GNFs har ett tunt och interlayered för att strukturera, som är tillgängligare för joner, stunder ACs har ett stort att del av oåtkomliga lilla micropores. Som ett resultat ytbehandlar de effektiva område av GNFs är högre än det av ACs.

Figurera 5 (b) illustrerar jonelectrosoprtionmekanismen på ACs och GNFs elektroder, respektive. TEMNA avbildar (Fig 5 (c-e)) av GNFs indikerar, att GNFs samlas tillsammans, visningen som engenomskinlig blomma formar interlayeren mönstrar. Den visar också att GNFs är homogena flingor med mikro-storleksanpassar, som är välgörande till joner som tar fram och adsorberas på ytbehandla av flingorna.

I kontrast avbildar strukturera av ACs på TEMEN visar att den framlägger entyp por strukturerar, så att jonerna inte kan få tillträde till de inre porna, och därför en electrosorptive kapacitet för kick är svår att uppnå.

Considering både den effektiva närmare detalj ytbehandlar område och elektrisk conductivity, tros det att GNFsen med kicknärmare detalj ytbehandlar område har det potentiellt som en utmärkt kandidatelektrod som är materiell för CDIEN.

(A) Jämförelsen Fig.5 av den electrosorptive kapaciteten, genom att använda GNFs och AC på det samma experimentellt villkorar, föreställer på bästa-lämnat och överträffar rätt visar por storleksanpassar fördelning av AC och GNFs nedanföra 10 nm, respektive. (b) Mekanism av CDI som använder AC och den GNFs elektroden. TEM-observationen avbildar av AC (c) och GNFs i förstoring för low (D) och för kick (e), respektive.

Hänvisa till

  • Dai, K., Shi, L., Zhang, D. och Huggtand, J. (2006). NaCl-adsorption i mång--walled kolnanotube/elektrod för aktivkolkombination. Kemisk Iscensätta Vetenskap, 61, 428-433.
  • Bonde, J.C., Tran, T.D., Richardson, J.H., Knipa, D.V., Maj, S.C. och Thomson, S.L. (1997a). Applikationen av kolaerogelelektroder till desalination och wastbehandling. Årsmötet av AmerikanInstitutet av Kemiskt Iscensätter, Los Angeles, CA, November 16-21.
  • Geim, A.K. och MacDonald, A.H. (2007) Graphene: Undersökning av kolflatlanden. Fysik I Dag, 60, 35-41.
  • Li, L., Zou, L. Song, H. och Morris, G. (2009). Beställde mesoporous kol synthesized av en ändrad solenoid-gel som är processaa för electrosorptive borttagning av natriumchloriden. Kol 47, 775-781.
  • Li., H., Gao, Y., Panorerar, L., Zhang, Y., Chen, Y. och Sun, Z. (2008). Electrosorptive desalination vid kolnanotubes och nanofibreselektroder och jon-utbyte membran. Bevattna Forskning, 42, 4923-4928.
  • Li H., Zou, L., Panorerar, L. och Sun, Z. (2010a). Nya graphene-något liknande elektroder för kapacitiv deionization. Miljö- Vetenskap & Teknologi, 44, 8692-9687.
  • Li H., Zou, L., Panorerar, L. och Sun, Z. (2010b). Använda graphenenano-flingor som elektroder för att ta bort ferric joner förbi kapacitiv deionisation. Avskiljande- och PurificationTeknologi, 75, 8-14.
  • Oren Y. (2008). Kapacitiv deionization (CDI) för desalination och bevattnar behandling-förflutna, gåva och framtid (en granska). Desalination 228, 10-29.
  • Ryoo, M., Kim, J. och Seo, G. (2003). Rollen av titania inkorporerade på den aktiverade koltorkduken för kapacitiv deionization av NaCl-lösningen. Föra Journal över av Colloiden Har Kontakt Vetenskap, 264, 414-419.
  • Xu, P., Drewes, J.E., Heil, D. och Wang, 2008) Behandling för G. (av producerat bräckt bevattnar genom att använda kol aerogel-baserad kapacitiv deionizationteknologi. Bevattna Forskning, 42, 2605-2617.
  • Welgemoed, T.J. och Schutte, C.F. (2005). Kapacitiv Deionization TechnologyTM: En alternativ desalinationlösning. Desalination 183 (1-3), 327-340.
  • Zhang, D., Shi, L., Huggtand, J., Dai, K. och Li, X. (2006a). Förberedelse- och desalinationkapacitet av mutiwallkolnanotubes. Material Kemi och Fysik, 97, 415-419.
  • Zhang, D., Shi, L., Huggtand, J., Dai, K. och Liu, J. (2006b). Påverkan av carbonization av hoa-pressande kolnanotubes på borttagning av NaCl från saltwaterlösning. Material Kemi och Fysik, 96, 140-144.
  • Zou, L., Morris, G. och Qi, D. (2008b). Genom Att Använda den aktiverade kolelektroden i electrosorptive deionisation av bräckt bevattna. Desalination 225, 329-340.
  • Zou, L., Li, L., Song, H. och Morris, G. (2008a). Genom Att Använda mesoporous kolelektroder för bräckt bevattna desalination. Bevattna Forskning, 42, 2340-2348.
Date Added: Apr 19, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 07:23

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit