記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體物理研究所環(huán)境與能源納米材料中心，在生物質(zhì)衍生氮摻雜多孔碳作為多功能電極材料，在金屬鋅—空電池自驅(qū)動(dòng)脫鹽應(yīng)用研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究日前發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》上。

目前，常用的脫鹽方法包括反滲透、熱蒸發(fā)、電滲析和電容去離子等。其中，電容去離子(CDI)技術(shù)利用在電極材料表面形成的雙電層來吸附水中帶電荷離子，從而達(dá)到鹽水淡化的目的。此技術(shù)不會(huì)造成二次污染且具有低能耗、低投資、低運(yùn)行成本的優(yōu)越性，還可利用可再生能源如太陽能、風(fēng)能等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，是海水/苦咸水脫鹽獲取淡水資源的理想技術(shù)。然而當(dāng)前廣泛使用的高效碳基CDI電極材料主要通過傳統(tǒng)化石燃料衍生物制備，無疑提高了其大規(guī)模應(yīng)用的成本。

為此，科研人員選擇豐富、廉價(jià)、可再生的、含天然氮元素的豆莢作為原料，通過輔助活化熱解的方法制備出具有多級(jí)開放孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜碳材料，再將所得的氮摻雜多孔碳材料進(jìn)一步進(jìn)行磺化處理，得到磺酸功能化的多孔碳材料(S-NPC)。通過將所制備的S-NPC與氨化的活性炭分別作為電極材料組裝成CDI裝置，并用于脫鹽實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，與其他碳材料相比，多孔碳材料展示出更加優(yōu)異的吸附性能，主要?dú)w因于其高的比表面積、多級(jí)開放孔結(jié)構(gòu)及其表面功能化的磺酸基官能團(tuán)協(xié)同作用，表明生物質(zhì)衍生的碳作為CDI電極材料具有很好的應(yīng)用前景。同時(shí)由于所制備NPC材料實(shí)現(xiàn)了異原子(如氮)的摻雜，因此其還展示出優(yōu)異的氧還原反應(yīng)(ORR)性能。基于此，將金屬鋅—空電池與CDI體系有機(jī)整合，利用鋅—空電池供電實(shí)現(xiàn)了高效CDI脫鹽應(yīng)用。