双重活化多孔碳氮材料实现流动电极电容去离子高效矿井水脱盐
贺琼琼1
彭海森2
孟振2
苗真勇2
万克记1
许恩乐2
高明强2
黄少萌3
1.中国矿业大学炼焦煤资源绿色开发全国重点试验室,江苏徐州 2211162.中国矿业大学化工学院,江苏徐州 2211163.中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州 221116
摘要：严格的环保法规驱动下,煤矿在高盐矿井水回收处理上面临的挑战不断升级,因此迫切需要研发高效的深度脱盐技术,以突破行业困境并实现非常规水资源的利用.虽然流动电极电容去离子(FCDI)技术在脱盐领域内崭露头角,但仍存在电极材料性能造成的脱盐能力壁垒.研究提出了一种双重活化多孔碳氮电极材料制备的新方法,以蔗糖为碳源,三聚氰胺为氮源,整合了双模板法、水蒸气活化、酸浸氧化及氮掺杂的优点,改善了材料的润湿性和导电性,同时使得电极材料具备独特整齐排列的柱状结构、更大的比表面积(1 039.76 m2/g)、更丰富的孔结构(0.32cm3/g)、更多的氮氧电负性点位和更好的润湿性能,以此实现高效,低能耗的矿井水脱盐.该材料(H2O(g)-HNO3/CN)应用于FCDI装置中且经过电压、活性材料含量、处理液初始浓度及pH的工艺优化后对1 g/L的NaCl溶液脱盐5 h,除盐率高达100％,平均脱盐速率、脱盐量、电荷效率及标准脱盐量能耗分别为 0.009 52 mg/(min·cm2),37.08 mg/g,24.02％和 481.98 J/mol,即使经过7次循环吸脱附试验,除盐率仍能达到95.71％.为了探究H2O(g)-HNO3/CN的吸附除盐机理,进行了电化学性能、吸附动力学及等温线的分析.结果表明其比电容高达99.38 F/g,内电阻极小;对Na+离子的吸附更符合伪二阶动力学模型和Langmuir等温线模型,对Na+离子的饱和吸附量为4.30 mg/g,饱和吸附时间为120 min.
关键词：双重活化多孔碳氮材料流动电极电容去离子高盐矿井水脱盐
分类号：X752(矿业、冶金工业污染、废物处理与综合利用)
资助基金：国家自然科学基金(52374286)国家科技支撑计划(2021YFC2902600)
论文发表日期：2025-03-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 1732-1746 )
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