記者6月16日從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體物理研究所環(huán)境與能源納米材料中心，在生物質(zhì)衍生氮摻雜多孔碳作為多功能電極材料，在金屬鋅空電池自驅(qū)動(dòng)脫鹽應(yīng)用研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究日前發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》上。

目前，常用的脫鹽方法包括反滲透、熱蒸發(fā)、電滲析和電容去離子等。其中，電容去離子技術(shù)利用在電極材料表面形成的雙電層來(lái)吸附水中帶電荷離子，從而達(dá)到鹽水淡化的目的。此技術(shù)不會(huì)造成二次污染且具有低能耗、低投資、低運(yùn)行成本的優(yōu)越性，還可利用可再生能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，是海水/苦咸水脫鹽獲取淡水資源的理想技術(shù)。然而當(dāng)前廣泛使用的高效碳基電容去離子電極材料主要通過(guò)傳統(tǒng)化石燃料衍生物制備，無(wú)疑提高了其大規(guī)模應(yīng)用的成本。

為此，科研人員選擇豐富、廉價(jià)、可再生的、含天然氮元素的豆莢作為原料，通過(guò)輔助活化熱解的方法制備出具有多級(jí)開(kāi)放孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜碳材料，再將所得的氮摻雜多孔碳材料進(jìn)一步進(jìn)行磺化處理，得到磺酸功能化的多孔碳材料。通過(guò)將所制備的多孔碳材與氨化的活性炭分別作為電極材料組裝成電容去離子裝置，并用于脫鹽實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，與其他碳材料相比，多孔碳材料展示出更加優(yōu)異的吸附性能，主要?dú)w因于其高的比表面積、多級(jí)開(kāi)放孔結(jié)構(gòu)及其表面功能化的磺酸基官能團(tuán)協(xié)同作用，表明生物質(zhì)衍生的碳作為電容去離子電極材料具有很好的應(yīng)用前景。基于此，將金屬鋅空電池與電容去離子體系有機(jī)整合，利用鋅空電池供電即可實(shí)現(xiàn)高效電容去離子脫鹽應(yīng)用，可用于大規(guī)模海水淡化。