Selective pseudocapacitive separation of zinc ions via silk cocoon derived N-doped porous carbon

掺杂剂 材料科学 电化学 吸附 兴奋剂 化学工程 碳纤维 无机化学 水溶液中的金属离子 多孔性 比表面积 电容去离子 活性炭 离子 金属 催化作用 电极 化学 复合数 物理化学 有机化学 复合材料 冶金 光电子学 工程类
作者
Yingsheng Xu,Yong Gao,Shuhong Xiang,Jianguo Zhou,Fei Liu,Zhaolei Li,Hongjian Zhou
出处
期刊:Desalination [Elsevier BV]
卷期号:546: 116220-116220 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.desal.2022.116220
摘要

Selective separation of zinc(II) ions is vital not only for the removal of toxic heavy metal pollution in drinking water, but also the recovery of resource in sustainable supply. In this work, nitrogen-doped porous carbon (NPC) derived from silk cocoon was developed for symmetric capacitive deionization towards Zn2+ separation. The high specific surface area, hierarchical porous structure with rich micro-meso-pores and the considerable N-doping content, endow the NPC with the outstanding pseudocapacitive capacity towards Zn2+ ions capture as 33.1 mg g−1 at optimized voltage of 1.0 V. Quantitative analysis of electrochemical kinetics demonstrated that the Zn-ion removal was dominated by surface-dominated charge storage process. Moreover, DFT calculations illustrated the benefits of nitrogen doping and the ascendency of the pyrrolic and pyridinic nitrogen over the quaternary nitrogen dopant for selectively adsorption of Zn2+ ion. The highest selectivity coefficient (& = 90.5) of Zn2+ removal was obtained in Zn-Na ions mixed solution with a molar ratio of 1:100. Moreover, the related electrochemical measurements revealed the supportive explanation for intrinsic pseudocapacitive selective behavior of Zn2+ ion. Our work would present new insights in effects of N-doping and selective separation towards Zn2+ ion for carbon materials.
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