电容去离子（CDI）在海水淡化应用中具有潜力，然而，开发具有成本效益且环保的CDI电极仍然具有挑战性。研究人员报告了从废弃蚕茧中合成的定制氮掺杂分级多孔碳（NPC）及其作为海水淡化应用的 CDI 电极的前景。结果表明，NPC-x 内的石墨氮含量和缺陷（来自 I D /I G值）均可调节 NPC-x 电极的固有电阻和电导率，从而提供石墨氮含量和缺陷依赖性 CDI 脱盐性能。优化后的NPC-1.5电极的电吸附容量为22.19 mg g −1平均脱盐率为1.1 mg g -1 min -1 (100 mg L -1 NaCl溶液，施加电压1.2 V，流量40 mL min -1 )。在类似的脱盐条件下，这种脱盐性能优于通常报道的活性炭和其他多孔碳电极。此外，优化后的电极即使在50次循环后仍能保持其初始电吸附容量的97%，表明其在海水淡化应用中具有出色的可重复使用性。这项工作展示了一种有前途的 CDI电极材料具有高效海水淡化性能的蚕茧废弃物衍生多孔碳的研究，将引发更多以资源利用为导向的海水淡化技术的发展。相关研究以“Silkworm cocoon waste-derived nitrogen-doped hierarchical porous carbon as robust electrode materials for efficient capacitive desalination”为题，发表在学术刊物《Chemical Engineering Journal》上。

图文导读

(a) NPC-x的制备示意图，(b-d)优化后的NPC-x的表面结构和形貌。

NPC-0.5 (a)、NPC-1 (b)、NPC-1.5 (c)、NPC-2 (d)和CNPC (e)的高分辨率N1s XPS光谱;不同N种的原子百分率(f)。

CNPC -x和CNPC的孔隙结构表征:(a)氮气吸附-解吸等温线，(b) BJH法孔径分布。

(a) NPC-x和CNPC的拉曼光谱，(b) ID/IG值与石墨- n比、介孔比和孔隙体积的关系。

NPC-x、CNPC和交流基电极的电化学性能。

NPC-x、CNPC和交流电极的CDI脱盐性能。

不同NaCl溶液浓度下NPC-1.5、CNPC和AC的CDI脱盐能力

在100 mg L−1 NaCl溶液中，NPC-1.5电极在CDI脱盐前(下)和脱盐后(上)的全范围XPS光谱(a)， (b)新鲜(b)和使用(c) NPC-1.5电极的高分辨率n1s XPS光谱，(d)使用过的NPC-1.5电极的高分辨率n1s XPS光谱，以及NPC-1.5电极的CDI脱盐示意图(e)。

总结

综上所述，本研究首次利用废蚕茧为前驱体合成了用于脱色碱化应用的CDI电极。ZnCl2的加入可以简单地调节NPC-x的含氮量、缺陷密度和孔结构。合成的NPC-x具有更多的缺陷和介孔结构，具有更高的电导率和更低的离子扩散阻力。NaCl的电吸附容量与NPC-x的缺陷密度(即ID/IG值)呈线性相关。优化后的NPC-1.5电吸附容量为21.9 mg g -1，平均脱盐速率为1.1 mg g -1 min -1，远高于常用的碳质电极(包括活性炭基电极)。此外，优化后的NPC-1.5在50多个连续充放电循环的长期CDI脱盐应用中表现出相当的稳定性和鲁棒性，因此，demon具有将废蚕茧衍生的CDI电动电极装置用于海水/盐水脱盐的潜力。这项工作的结果将激发人们对利用富含碳/氮的废物/生物质设计多用途碳质废物水净化装置的兴趣，使其更加可持续和环保路线。