物理化学学报 >> 2022, Vol. 38 >> Issue (5): 2006037.doi: 10.3866/PKU.WHXB202006037
收稿日期:
2020-06-12
录用日期:
2020-07-07
发布日期:
2020-07-13
通讯作者:
马杰
E-mail:jma@tongji.edu.cn
作者简介:
马杰,教授,博士生导师,2009年博士毕业于上海交通大学,长期从事环境修复材料及电容去离子电极材料的设计和开发,主持国家自然科学基金3项及多项省部级课题的实施
基金资助:
Yuecheng Xiong1, Fei Yu2, Jie Ma1,3,*()
Received:
2020-06-12
Accepted:
2020-07-07
Published:
2020-07-13
Contact:
Jie Ma
E-mail:jma@tongji.edu.cn
About author:
Jie Ma, Email: jma@tongji.edu.cnSupported by:
摘要:
电容去离子技术(Capacitive deionization,CDI)是一种新兴的脱盐技术,通过在电极两端施加较低的外加电场除去水中的带电离子和分子,由于其较低的能耗和可持续性而备受关注。基于储能电池领域近年来的迅猛发展,CDI电极材料实现了从以双电层作用机理为代表的碳材料到法拉第电极材料的跨越,使得脱盐性能有了大幅度提升。Na+的去除与Cl-的去除同等重要,然而,CDI中针对氯离子高效去除的电极材料研究关注较少。本文从CDI装置的构型演变发展出发,系统地归纳与梳理了CDI中关于脱氯电极材料的分类,对比了不同类型脱氯电极材料的特点,并总结了Cl-去除的机理,分别为基于双电层的电吸附、转化反应、离子插层和氧化还原反应。本文是首篇关于CDI阳极材料的进展综述和展望,为CDI除氯电极的后续研究提供理论基础和研究思路。
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表1
不同除氯电极材料的CDI脱盐体系的脱盐性能对比"
Mechanisms | Anode (Cl- removal) | Cathode (Na+ removal) | Current density/(mA∙g-1) | Initial NaCl concentration/(mg∙L-1) | Applied voltage/V | Cl- removal capacity/(mg∙g-1) | Ref. |
Electrosorption | GAC | graphite | – | 1000 | 1.2* | 5.60 | |
Conversion reactions | AgCl | Na0.44MnO2 | 100 | 890 | -1.0 – 1.5 | 34.78 | |
AgCl | Na3V2(PO4)3@C | 100 | 1000 | -1.4 – 1.4 | 59.39 | ||
AgCl@GA | Na3V2(PO4)3@GA | 100 | 1000 | -1.4 – 1.4 | 65.17 | ||
Ag@rGO | Na1.1V3O7.9@rGO | – | 2000 | 1.4* | 49.81 | ||
Ag | AgCl | 100 | 35100 | -0.1 – 0.1 | 69.69 | ||
Ag | AgCl | 1 mA∙cm-2 | 29250 | -0.2 – 0.2 | 51.51 | ||
Bi | NaTi2(PO4)3 | 1 mA∙cm-2 | 35100 | 0–1.1 | 169.6 (theoretical) | ||
BiOCl | Na0.44MnO2 | 100 | 760 | -1.4 – 1.5 | 41.51 | ||
Bi/rGO | AC | – | 585 | -1.2/1.2* | 37.93 | ||
Ion intercalation | CuAl-LDO//AC | AC | – | 1000 | 1.2* | 38.78 | |
Ti3C2Tx | Ti3C2Tx | – | 293 | 0/1.2* | 7.88 | ||
Redox reactions | PTMA | AC | – | 250 | 0/1.2* | 8.42 |
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