蜂窩活性炭的原材料由互連的纖維網絡組成(圖1)。在碳化和活化之后,由于原材料的固有纖維結構,兩種制成的蜂窩活性炭在(圖1)的SEM圖像中觀察到大的多孔結構。這些蜂窩活性炭的孔隙良好互連的結構可以作為離子物質快速擴散的有效途徑。
  在不同掃描速率下觀察到兩種蜂窩活性炭的準矩形CV曲線(圖3a),這暗示了非理想的電容行為。我們還觀察到活化后的蜂窩活性炭的CV環路較大,這意味著它具有比未活化的蜂窩活性炭更大的電容(圖3b)。具體電容的總結如圖3c所示,活化后蜂窩活性炭獲得的高電容為270,而沒活化的蜂窩活性炭為125。這種高電容可歸因于諸如高表面積,分級孔徑分布和蜂窩活性炭的表面潤濕性等因素。對于兩種蜂窩活性炭,由于電解質不足以擴散到電極材料的內孔中而觀察到對應于掃描速率增加的比電容的降低。
  蜂窩活性炭的微咸水淡化性能
  在充電步驟期間,在兩個電極上向膜電容去離子施加正電勢,以從已知NaCl濃度的溶液中吸附離子,并施加負電位以使電極放電并排出廢物流中的離子。圖4a顯示了在NaCl溶液中0.8V至1.2V的各種電位下,蜂窩活性炭在初始濃度2500mg L-1下的脫鹽性能。在所有施加的電位中,在充電期間首先觀察到溶液電導率的急劇下降,并且當吸附接近平衡時,電導率的變化減小直至達到平臺。圖4b示出了具有增加電勢的正相關電流瞬變,而圖4c顯示了蜂窩活性炭電極在不同施加電位下的鹽吸附容量。從0.8V到1.2V,鹽吸附容量從23增加到38mg g-1,表明更高的電池電位可以提高電吸附能力。觀察到的現象可歸因于強靜電力的存在以及在增加的電壓下形成較厚的雙電層。圖4d示出了蜂窩活性炭電極的循環穩定性,在2500mg L-1的NaCl溶液超過20次充放電循環而沒有去除能力任何明顯的損失。該結果證實了使用蜂窩活性炭當電極可以再生和重復使用而沒有任何損耗,蜂窩活性炭是成為用于膜電容去離子應用的電極材料的好材料。
  蜂窩活性炭電極在不同電壓下的電吸附行為,(b)相應的電流響應,(c)除鹽能力,(d)電極的去離子和再生曲線。
  最后總結,我們制備的蜂窩活性炭呈微/中孔分層結構,比表面積高,電化學性能優異。它們被開發為膜電容去離子的電極,以從微咸水中除去鹽。我們設法在一個2500mg L-1的NaCl溶液中,蜂窩活性炭電極在1.2V時達到38mg g-1的脫鹽性能,比未活化的蜂窩活性炭電極高72%。當通過蜂窩活性炭擴散時,蜂窩活性炭電極中的中孔和微孔的組合降低了NaCl離子的電阻,并且微孔為離子吸附提供了大的表面積。我們的結果表明,使用低成本的材料生產出的蜂窩活性炭可以用于膜電容去離子脫鹽。