木质素游离木浆衍生石墨烯碳电极：解锁卓越电吸附性能及其在膜电容去离子技术中的应用

本文推荐：该研究创新性地利用木质素游离木浆（LFWP）制备石墨烯碳材料（LWDG），成功开发出具有高比表面积（1654.3 m2/g）、优异亲水性和分级孔隙结构的电极材料，应用于膜电容去离子（MCDI）系统时展现出141.8 mg/g的盐吸附容量（SAC），性能远超现有生物质衍生碳材料。其循环稳定性（5000次GCD后保留75.2%电容）和再生能力（94.8% SAC恢复率）为可持续海水淡化技术提供了新思路。

　　

Highlight

本研究开发的木质素游离木浆衍生石墨烯（LWDG）电极展现出卓越的物理化学与电化学性能，在膜电容去离子（MCDI）应用中潜力显著。LWDG电极在2000 mg/L NaCl溶液、1.8 V电压下实现141.8 mg/g的盐吸附容量（SAC），较现有生物质碳材料提升1.6-3.5倍。

材料特性

LWDG通过KOH活化形成隧道状孔隙，具备超高比表面积（1654.3 m²/g）、260 F/g比电容和分级孔结构。氮气吸附等温线显示其兼具微孔（<2 nm）和介孔（2-50 nm）特征（图2a），而CLW前驱体仅599 m²/g比表面积。

性能验证

• 电化学稳定性：1 A/g电流密度下经5000次充放电（GCD）仍保留75.2%电容

• 再生能力：50次MCDI循环后SAC保持率89.6%，柠檬酸再生后恢复至94.8%

• 后循环分析：场发射电镜（FESEM）和X射线光电子能谱（XPS）证实电极活性位点通过再生有效恢复

结论

LWDG电极以其可扩展性、高SAC和出色再生性能，为下一代MCDI技术提供了实用化解决方案，同时为生物质资源高值化利用开辟了新途径。