蜂窝活性炭的原材料由互连的纤维网络组成(图1)。在碳化和活化之后,由于原材料的固有纤维结构,两种制成的蜂窝活性炭在(图1)的SEM图像中观察到大的多孔结构。这些蜂窝活性炭的孔隙良好互连的结构可以作为离子物质快速扩散的有效途径。
  在不同扫描速率下观察到两种蜂窝活性炭的准矩形CV曲线(图3a),这暗示了非理想的电容行为。我们还观察到活化后的蜂窝活性炭的CV环路较大,这意味着它具有比未活化的蜂窝活性炭更大的电容(图3b)。具体电容的总结如图3c所示,活化后蜂窝活性炭获得的高电容为270,而没活化的蜂窝活性炭为125。这种高电容可归因于诸如高表面积,分级孔径分布和蜂窝活性炭的表面润湿性等因素。对于两种蜂窝活性炭,由于电解质不足以扩散到电极材料的内孔中而观察到对应于扫描速率增加的比电容的降低。
  蜂窝活性炭的微咸水淡化性能
  在充电步骤期间,在两个电极上向膜电容去离子施加正电势,以从已知NaCl浓度的溶液中吸附离子,并施加负电位以使电极放电并排出废物流中的离子。图4a显示了在NaCl溶液中0.8V至1.2V的各种电位下,蜂窝活性炭在初始浓度2500mg L-1下的脱盐性能。在所有施加的电位中,在充电期间首先观察到溶液电导率的急剧下降,并且当吸附接近平衡时,电导率的变化减小直至达到平台。图4b示出了具有增加电势的正相关电流瞬变,而图4c显示了蜂窝活性炭电极在不同施加电位下的盐吸附容量。从0.8V到1.2V,盐吸附容量从23增加到38mg g-1,表明更高的电池电位可以提高电吸附能力。观察到的现象可归因于强静电力的存在以及在增加的电压下形成较厚的双电层。图4d示出了蜂窝活性炭电极的循环稳定性,在2500mg L-1的NaCl溶液超过20次充放电循环而没有去除能力任何明显的损失。该结果证实了使用蜂窝活性炭当电极可以再生和重复使用而没有任何损耗,蜂窝活性炭是成为用于膜电容去离子应用的电极材料的好材料。
  蜂窝活性炭电极在不同电压下的电吸附行为,(b)相应的电流响应,(c)除盐能力,(d)电极的去离子和再生曲线。
  最后总结,我们制备的蜂窝活性炭呈微/中孔分层结构,比表面积高,电化学性能优异。它们被开发为膜电容去离子的电极,以从微咸水中除去盐。我们设法在一个2500mg L-1的NaCl溶液中,蜂窝活性炭电极在1.2V时达到38mg g-1的脱盐性能,比未活化的蜂窝活性炭电极高72%。当通过蜂窝活性炭扩散时,蜂窝活性炭电极中的中孔和微孔的组合降低了NaCl离子的电阻,并且微孔为离子吸附提供了大的表面积。我们的结果表明,使用低成本的材料生产出的蜂窝活性炭可以用于膜电容去离子脱盐。