用于重金属吸附与能量回收的表面改性流动电极电容去离子技术：环保高效碳材料的开发与应用

本文系统探讨了利用托伦斯试剂和海藻酸钠改性活性炭（AC）制备流动电极（flow-electrode），应用于流动电极电容去离子（FCDI）系统中去除Pb2+并实现能量回收。研究显示改性电极的脱盐率提升至0.00831 mmol/m2/s，吸附性能达0.9501 mg/g，同时具备类电化学流动电容器特性，显著提高能量回收效率，为高能耗海水淡化技术提供了可持续替代方案。

　　

材料

商业活性炭（AC，型号YP-80F）和导电炭黑（型号ECP-600JD）由台湾UBIQ TECHNOLOGY CO., LTD.提供。硝酸银（AgNO₃，99%）、氢氧化钠（NaOH，100%）、氨水溶液（NH₄OH，25%）和乙醇（C₂H₅OH，99.80%）购自Honeywell。海藻酸钠由ACROS ORGANICS采购，四乙氧基硅烷（Si(OC₂H₅)₄，98%）则来自Alfa Aesar。

FCDI组件构建

本实验的FCDI系统（图示S2）包含一对...

比表面积与孔隙结构分析

电极材料的物理特性与结构直接影响电吸附能力。在FCDI系统的充放电过程中，高比表面积的电极材料能为电解质离子吸附/脱附提供更多活性位点，而适宜的孔结构可提供电解质传输通道，降低离子迁移阻力，从而提升吸附容量（Xu等，2019）。为研究其特征...

研究局限

I) 当前实验使用200 ppm单一溶质PbNO₃溶液，未引入竞争离子及浓度梯度，旨在排除干扰因素并明确控制条件下的基础离子去除机制，为拓展至多离子或实际废水环境研究提供基线。但此举可能限制成果直接应用于更复杂的真实水系统。

II) 对于AC/Agx材料...

结论

总而言之，本研究通过托伦斯试剂将金属银颗粒负载于商业AC材料表面，同时借助TEOS将海藻酸钠成功接枝到AC表面，分别作为FCDI系统的阳极和阴极流动电极。该系统显著增强了重金属离子吸附能力并提高了充电效率。金属银颗粒的存在强化了AC/Agx复合材料的赝电容行为，可能实现...