Silkworm cocoon waste-derived nitrogen-doped hierarchical porous carbon as robust electrode materials for efficient capacitive desalination

电容去离子 海水淡化 材料科学 电极 化学工程 碳纤维 活性炭 纳米技术 复合材料 化学 吸附 工程类 复合数 有机化学 物理化学 生物化学
作者
Su-Mei Zheng,Zhi-Hua Yuan,Dionysios D. Dionysiou,Lu-Bin Zhong,Fei Zhao,Jia-Cheng E. Yang,Yu-Ming Zheng
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:458: 141471-141471 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.141471
摘要

Capacitive deionization (CDI) has potential in desalination applications. However, developing a cost-effective and environmental-friendly CDI electrode is still challenging. Here, we report the synthesis of a tailored nitrogen-doped hierarchical porous carbon (NPC) derived from the waste silkworm cocoon and its promising use as a CDI electrode for desalination applications. Results show that both the graphitic N contents and defects (from ID/IG values) within NPC-x regulated the intrinsic resistance and conductivity of NPC-x electrodes, thus giving graphitic N contents and defects-dependent CDI desalination performance. The optimized NPC-1.5 electrode exhibited an electrosorption capacity of 22.19 mg g−1 with an average desalination rate of 1.1 mg g−1 min−1 (100 mg L−1 of NaCl solution, an applied voltage of 1.2 V, and a flow rate of 40 mL min−1). Such desalination performance is superior to the commonly reported activated carbon and other porous carbon electrodes under similar desalination conditions. Moreover, the optimized electrode can still maintain 97 % of its initial electrosorption capacity even after 50 cycles, indicating its outstanding reusability in the desalination application. This work shows a promising CDI electrode material of silkworm cocoon waste-derived porous carbon with highly efficient desalination performance, which will spark more efforts in the development of resource utilization-oriented desalination technologies.
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