城市環境所在廢棄生物質多孔碳電容脫鹽電極材料研究中取得進展

　　近日，中國科學院城市環境研究所鄭煜銘團隊（污染防治材料與技術研究組）在廢棄生物質多孔碳應用于電容脫鹽方面取得新進展。該研究揭示了提高碳電極材料石墨氮含量對增強電容脫鹽性能的內在機制。

　　碳材料因儲量豐富、環境相容性高，成為電容去離子（Capacitive deionization，CDI）電極材料研究的熱點。然而，制備良好親水性、高比表面積、適合孔徑分布、高導電性、穩定電化學性能的碳電極材料頗具挑戰性。因此，亟需發展一種綠色、低成本的方法來制備具有特定形態或孔隙結構的雜原子摻雜碳電極材料。近年來，雜原子摻雜工程為制備高性能CDI電極材料提供了新思路。基于此，中國科學院城市環境研究所鄭煜銘團隊以溶解有廢棄蠶繭的汰頭廢水為氮和碳源，運用ZnCl2活化-碳化工藝制備了氮摻雜分級多孔碳（NPC），并將其作為電極材料用于CDI脫鹽，實現廢棄物資源化（如圖）。研究發現：提高石墨氮含量可有效降低電極材料本征電阻，減小脫鹽能耗；同時可增加電極材料內部缺陷形成贗電容吸附位點，進一步增大脫鹽容量。優化后的NPC-1.5電極材料的電吸附容量可達22.19 mg g-1，平均脫鹽速率為1.1 mg g-1 min-1，優于已報道的活性炭和其他多孔碳電極材料；經過50次循環利用后，NPC-1.5仍能保持初始電吸附容量的97%，表明該材料在海水淡化方面具有應用潛力。

　　相關研究成果以Silkworm cocoon waste-derived nitrogen-doped hierarchical porous carbon as robust electrode materials for efficient capacitive desalination為題，發表在《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到國家自然科學基金面上項目和中國科學院青年創新促進會等的支持。