用活性炭進(jìn)行水脫鹽
用活性炭進(jìn)行水脫鹽，炭納米技術(shù)在水處理應(yīng)用中的潛在影響領(lǐng)域分為三類(lèi)：處理和修復(fù)，傳感和檢測(cè)，以及污染預(yù)防和海水淡化技術(shù)的改進(jìn)是一個(gè)關(guān)鍵區(qū)域?；诨钚蕴考{米技術(shù)的水凈化裝置具有改變脫鹽領(lǐng)域的潛力，例如通過(guò)使用離子濃度極化現(xiàn)象。
另一個(gè)相對(duì)較新的技術(shù)是微咸水凈化方法是電容去離技術(shù)。電容去離子技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有二次污染，具有成本效益和能源效率。電容去離子技術(shù)以及電吸附的基本概念是通過(guò)施加直接電場(chǎng)迫使帶電離子朝向相反極化的電極：微咸水流在成對(duì)的高表面積碳電極之間流動(dòng)，高電極表面積的活性炭電極之間保持電位差約1-2伏。離子和其他帶電粒子如微生物被吸引并保持在相反電荷的電極上。負(fù)極吸引鈣，鎂，鈉等帶正電的離子(陽(yáng)離子)，帶正電的電極吸引氯，硝酸鹽，二氧化硅等負(fù)離子(陰離子)。
電容去離子技術(shù)是高能效的，因?yàn)樗哪繕?biāo)是只去除鹽離子，這是一小部分進(jìn)料溶液，相比之下，大多數(shù)其他技術(shù)，旨在分離水，占了90%的解決方案。
合適的活性炭材料是電容去離子技術(shù)裝置中最重要的組分，因?yàn)樗鼈儽挥米髟陔娢竭^(guò)程中起重要作用的電極。一個(gè)研究小組，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種使用活性炭納米片的電容去離子技術(shù)應(yīng)用程序電容去離子電極。他們發(fā)現(xiàn)石墨烯電極比常規(guī)使用的活性炭材料具有更好的電容去離子性能。
電容去離子技術(shù)采用活性炭和石墨烯納米片(GNFs)電極的機(jī)理。在研究人員進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，他們將石墨烯納米片基電極與傳統(tǒng)活性炭電極進(jìn)行了比較。他們指出，“盡管具有較大的表面積(989.54米2 /克)比石墨烯納米薄片(222.01米2 / g)中，活性炭具有僅13.73微摩爾/克，這比石墨烯納米薄片的低得多的electrosorptive容量(其電吸附容量為23.18μmol/ g)“。
他們認(rèn)為這是因?yàn)榧{米薄片具有更容易接近離子的層間結(jié)構(gòu)，而活性炭具有大部分不可接近的小微孔。因此，石墨烯納米片的有效表面積比活性炭高。
活性炭和石墨烯納米薄片的TEM和SEM圖像被用來(lái)證實(shí)他們的假設(shè)。據(jù)研究人員介紹，“石墨烯納米片的透射電鏡圖像表明石墨烯納米片聚集在一起，呈現(xiàn)半透明的花狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)，同時(shí)也表明石墨烯納米片是微小的均勻片狀，有利于離子進(jìn)入并吸附在片的表面。
“相反，TEM圖像上的活性炭結(jié)構(gòu)表明，它呈現(xiàn)出蜂巢式的孔隙結(jié)構(gòu)，因此離子不能進(jìn)入內(nèi)部孔隙，因此難以達(dá)到高的電吸附能力。他們指出，石墨烯納米片高導(dǎo)電性的另一個(gè)可能原因是石墨烯納米片中導(dǎo)電石墨化塊的存在，這是石墨前體制備不完全石墨烯所致。盡管考慮到有效的比表面積和電導(dǎo)率，研究小組認(rèn)為具有高比表面積的石墨烯納米片具有作為電容去離子技術(shù)優(yōu)良候選電極材料的潛力但是使用活性炭是最好的選擇。
本文作者：董帝豪
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