Poröse Kohlenstoff-Nanofasern zeigen außergewöhnliche kapazitive Deionisierung

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Die kapazitive Deionisierung (CDI) ist energetisch günstig, um Wasser zu deionisieren, aber die bestehenden Methoden sind durch ihre Entsalzungskapazitäten und zeitaufwendigen Zyklen aufgrund der unzureichenden für Ionen zugänglichen Oberflächen und des langsamen Elektronen-/Ionentransports begrenzt.

In einem neuen Bericht über die Fortschritte in der Wissenschaft haben Tianyu Liu und ein Forschungsteam in den Abteilungen Chemie, Bau- und Umwelttechnik und Nanowissenschaften an der Virginia Tech, USA, poröse Kohlenstofffasern (PCF) als wirksames CDI-Material nachgewiesen.

Sie leiteten die PCFs aus mikrophasensepariertem Poly(methylmethacrylat)-Block-Polyacrylnitril (PMMA-b-PAN) ab.

Die daraus resultierenden PCFs enthielten reichlich und gleichförmige Mesoporen, die durch Mikroporen miteinander verbunden waren und eine hierarchische poröse Struktur mit einer großen, für Ionen zugänglichen Oberfläche und hoher Entsalzungskapazität bildeten.

Die kontinuierlichen Kohlenstofffasern und das miteinander verbundene poröse Netzwerk ermöglichten einen schnellen Elektronen-/Ionentransport, um eine hohe Entsalzungsrate aufrechtzuerhalten.

Die Arbeit unterstreicht das Versprechen von PCF auf Copolymer-Basis für hohe Kapazität und hohe CDI-Raten.Die zunehmende Entnahme und ungleiche Verteilung von Süßwasser stellt die technische und sozioökonomische Entwicklung vor kritische Herausforderungen.

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Die Entsalzung ist ein vielversprechender Ansatz, der auf einem riesigen Meerwasserreservoir basiert, um dem Süßwassermangel entgegenzuwirken.

Umkehrosmose und thermische Destillation sind weit verbreitete Techniken zur Verarbeitung von Meerwasser oder Brackwasser mit hohen Salzkonzentrationen, obwohl solche Methoden bei niedrigen Salzkonzentrationen energieintensiv und kostspielig sind.

Als Alternative kann die kapazitive Deionisierung (CDI) Ionen durch Elektrosorption oder pseudokapazitive Reaktionen entfernen, um Wasser mit niedrigen Salzkonzentrationen zu entsalzen.Materialwissenschaftler verwenden poröse Kohlenstoffe als primäre CDI-Elektrodenmaterialien aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit, großen Oberfläche, maßgeschneiderten Struktur und ausgezeichneten Stabilität.

Beispiele hierfür sind Aktivkohle (AC), Graphen-Aerogel und makroporöse Kohlenstoffe, die aus Biomasse gewonnen werden.

Aber die….

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