
虽然多孔碳已广泛应用于电容式去离子技术,但其脱盐能力并不理想,这严重阻碍了其实际应用。本研究以均匀分散的二茂铁为成孔剂,通过静电纺丝制备了一种表面积大的新型碳纳米纤维织物。机械强度好、柔性好的碳纳米纤维织物可直接用作过滤膜,过滤模拟沙海水。
高含量的杂原子增加了碳纳米纤维的表面极性,优化样品中控制良好的互连介孔结构有助于水合Na 和Cl-的快速传输和吸附。因此,亲水性碳纳米纤维织物Brunauer-Emmett-Teller表面积为922 m2 g-1.较大的可及面积为405 m2 g-1,从而导致NaCl电解质中的电容高达263 F g-1。最重要的是,它显示了19.34 mg g-超高脱盐能力远高于之前报道的大多数碳材料。碳纳米纤维织物具有较高的脱盐能力,吸附速度快,循环稳定性好,应用前景广阔。
图1.亲水性MCNF的制备、CDI模拟沙质海水的过滤示意图。
图2.(a)扭曲之前和(b)之后的MCNF-5以及(c)P-CNF的照片。在(d)初始阶段和(e)2.5s之后,MCNF-5.水接触角。(f)在重力驱动和真空辅助过滤的作用下,MCNF-5.模拟沙质海水的水通量。(g-i)模拟沙质海水过滤过程中的照片。
图3.(a)MCNF-5的SEM和(b)横截面图像。(c)MCNF-5的TEM和(d)HRTEM图像。(e)CNF的SEM和(f)TEM图像。
图4.(a)MCNF-5的XPS全扫描光谱,(b)O1s和(c)N1s光谱。(d)样品的水接触角。(e)具有极性表面的示意图表示MCNF的亲水性。
图5.(a)CNF和MCNF-5的N吸附-解吸等温线,(b)孔径分布。(c)样品的SBET和SD>0.65nm以及(d)Vmicro、Vmeso和VD>0.65nm。
图6.CNF和MCNF-5在1 mol L-1 NaCl三电极系统中电解质的电化学性能:(a)5 mV s-1下的CV曲线,(b)0.2 A g-1下的GCD曲线,(c)比电容器在不同的扫描速率下,以及(d)奈奎斯特图。
图7.(a)在1.2V在施加电压下,NaCl溶液(500 mg L-1)的电导率变化,(b)样品的CDI Ragone图,(c)脱盐能力与SD>0.65nm,(d)MCNF-5.与之前报道的碳材料的脱盐能力和(e)面积容量的比较,(f)MCNF-循环稳定性5。