【科技日報】電容去離子技術讓“硬水”快速“服軟”

發表時間: 2020-11-18 作者:科技日報記者 吳長鋒

 

科技日報記者 吳長鋒

記者從中科院合肥研究院獲悉,該院固體所環境與能源納米材料中心團隊,基于電容去離子技術發展了銅基普魯士藍(CuHCF)選擇性吸附電極,基于其獨特的晶體通道及特有的贗電容效應,該電極展現出高效的選擇性電吸附鈣離子能力,該工作對于硬水軟化技術具有重要意義。相關成果日前發表在《ACS應用材料與界面》上。

水的硬度是世界各國普遍存在的水質問題。據統計,85%以上的可用淡水為硬水。自來水、地面水、河水等常見的硬水一般都是由鈣、鎂離子引起的,會導致洗滌劑作用減弱,鍋爐、管道、熱交換器結垢。長期飲用硬水還會增加人體泌尿系統結石的得病率,因此硬水的軟化處理得到高度關注。然而,現有的硬水處理技術如化學沉淀法、離子交換、膜過濾等,需要過度使用化學物質、復雜的基礎設施、昂貴的維護且能源消耗高。

電容去離子技術(CDI)作為一種新型的水處理技術,由于其操作方便、環境友好、能耗低等優點,引起了人們的廣泛關注。但由于該技術所用電極材料多為碳材料,缺乏目標離子的高效選擇性,而具有高比電容的贗電容材料因其特有的離子選擇性有望用于CDI硬水軟化領域。

為此,科研人員基于Ca2+離子的插層作用,首次利用銅基普魯士藍CuHCF作為贗電容電極,在Na+、Ca2+、Mg2+等多種陽離子混合溶液中對Ca2+實現了高選擇性電吸附。在非對稱電容去離子裝置中,1.4 V工作電壓下獲得了42.8 mg/g的鈣離子最大吸附容量,尤其是在高鈉/鈣離子摩爾比(10:1)溶液中依然保有最高吸附選擇性系數3.05,并且在循環過程中銅基普魯士藍CuHCF電極材料也能保持原有的形貌和穩定的吸附容量。科研人員結合電化學表征以及分子動力學模擬技術,闡明了銅基普魯士藍CuHCF電極材料選擇性吸附鈣離子的贗電容本征特性。

該研究成果對于探索CDI贗電容電極材料高效選擇性電吸附目標離子以及CDI硬水軟化技術具有重要意義。

 

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