Electron Transfer of Activated Carbon to Anode Excites and Regulates Desalination in Flow Electrode Capacitive Deionization

电容去离子 海水淡化 阳极 活性炭 电极 材料科学 限制电流 吸附 化学工程 电子转移 碳纤维 化学 电化学 复合材料 生物化学 有机化学 物理化学 复合数 工程类
作者
Tianyu Wang,Zijian Zhang,Zhenao Gu,Chengzhi Hu,Jiuhui Qu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (6): 2566-2574 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c09506
摘要

The desalination performance of flow electrode capacitive deionization (FCDI) is determined by the ion adsorption on the powdered activated carbon (PAC) and the electron transfer between the current collector and PAC. However, a comprehensive understanding of rate-limiting steps is lacking, let alone to enhance FCDI desalination by regulating the PAC characteristics. This study showed that the electron transfer between PAC and the current collector on the anode side was the rate-limiting step of FCDI desalination. Compared with W900, the desalination performance of FCDI decreased by 95% when W1200 with weak electron transfer ability was used as a flow electrode. The PAC selected in this study transferred electrons directly through the conductive carbon matrix in FCDI and was mainly affected by graphitization. The desalination performance of FCDI was improved by 20 times when the graphitization degree of PAC increased from 0.69 to 1.03. The minimum energy required for electrons to escape from the PAC surface was reduced by the high degree of graphitization, from 4.27 to 3.52 eV, thus improving the electron transfer capacity of PAC on the anode side. This study provides a direction for the optimization of flow electrodes and further promotes the development of FCDI.

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