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Subjects:
Electrochemistry
Electrosorb技术由于消耗低、环保、简单易再生等优点，在海水淡化和水污染治理领域引起了广泛的关注。自20世纪60年代以来，人们一直在研究使用电吸附从水中除盐的方法，该技术的应用始于20世纪90年代中期，当时劳伦斯利弗莫尔国家实验室于1996年开发了第一套电吸附应用装置。
- electrosorption
- water treatment
- adsorption mechanism
1. 通过电吸附去除水中的盐离子
为确保工业和生活供水安全，海水淡化技术引起了许多研究人员的关注。“电化学海水淡化”的概念是由Evans和Hamilton提出的[90]。与反渗透（RO）和多级闪蒸（MSF）相比，电吸附海水淡化技术具有能耗低，操作方便等特点。为了提高石墨烯的电吸附脱盐能力，Ahmed小组采用微波法制备了石墨烯/SnO2 NPs复合材料作为CDI电极，该能力明显优于原始石墨烯[91]。此外，Zhang等人制备了石墨烯/碳气凝胶（GCCAs），在500 mg/L NaCl的条件下，其盐吸附容量（SAC）达到26.9 mg/g的最佳[92]。此外，通过碳化PANI和GO复合材料制备了碳气凝胶，其吸附容量为15.7 mg/g，在500 mg/L NaCl和1.2 V施加电压的条件下[93]。Wang组以秸秆废料为电极材料活化和石墨化制备石墨多孔碳纳米片（GPCS），当施加1.2 V电压时，样品对500 mg/L NaCl溶液的电吸附容量为19.3 mg/g[94]。由于生物质衍生物成本低廉，Lu的研究小组通过碳化以木糖为碳源合成了多孔碳纳米片（PCNs），当施加1.2 V电压时，PCNS CDI电极1000 mg/L NaCl溶液的最大SAC达到16.29 mg/g[95]。此外，Li等人以细菌纤维素为原料，通过冷冻干燥和热处理，制得磷（P）掺杂的碳纳米纤维气凝胶（P-CNFA），在−1.2 V的工作电压下，P-CNFA的SAC达到16.20 mg/g，适用于1000 mg/L NaCl溶液[96]。因此，我们可以推断出盐离子将通过电吸附技术被有效地去除。
2. 通过电吸附去除废水中的重金属离子和其他有害离子
工业的快速发展导致重金属造成的水污染日益严重，不仅毒害水中的水生生物，而且危害人体健康。废水中重金属的传统处理方法主要包括化学沉淀，凝结 - 絮凝，浮选，离子交换，膜过滤和吸附[97]。但是，上述方法有一些局限性。1997年，农民等人利用电容法去除Cr。6+有效[98]。随后，Oda的团队调查了Cu的去除效果。2+和锌2+通过使用交流电极，然后成功地将CDI技术引入重金属离子去除领域[99]。为研究表面改性对ACF布重金属离子吸附/电吸附容量的影响，黄等对Cu进行了吸附和电吸附。2+通过使用不同的改性ACF布电极在废水中[100]。结果表明，电吸附的去除度是吸附的2.2倍。此外，戴氏研究小组使用AC作为电极，用于水溶液中As（III）的电吸附，并发现电吸附容量随着电压，初始As（III）浓度和pH值的增加而增加[101]。此外，黄氏小组调查了Cd的去除率。2+铅2+和铬3+以及通过使用CDI体系的混合物，发现电吸附能有效地除去这些金属离子，并且除去率与施加的电压呈正相关[102]。据我们所知，锰2/碳复合材料对废水中的重金属离子具有高吸附能力。因此，胡的小组准备了MnO。2/CF复合材料经电镀法作为电吸附电极[103]。铜的吸附能力2+对于锰2/CF复合电极在0.8 V的工作电压下达到172.88 mg/g，是普通MnO的两倍以上2在没有电场的情况下吸附剂。此外，刘和同事通过真空过滤工艺制造了活性炭布/氧化石墨烯复合材料（ACC/GO），用作CDI电极以去除Co2+和水中的C。当对复合电极施加1.2 V电压时，Co的最大吸附容量+2+在CoCl的条件下，C和C可分别达到16.7 mg / g和22.9+2溶液浓度和CsCl溶液浓度为20mg/L[67]。由于MnO的低成本和高电容2，李氏组合成α-MnO2纳米颗粒经水热法，结合碳纤维纸（CFP），得到α-Mno2/CFP作为CDI电极材料[104]。结果表明，在相同电吸附条件下，复合材料的镍离子去除能力达到16.4 mg/g，是活性炭的两倍多。因此，CDI系统对不同金属离子和有害离子的电吸附行为表现出明显的差异。
3. 通过电吸附去除废水中的各种有机化合物
由于农业的需求，该领域使用的各种除草剂和肥料都造成了水污染。此外，亚甲基蓝（MB）、其他着色剂和尿素磷化合物广泛用于印染行业，这些有机物会对水环境造成破坏。因此，电吸附法还应用于废水中各种有机化合物的去除。Yue和同事们报道了一种rGO/SWCNTs薄膜作为去除MB的CDI电极[105]。对于该系统，PS被用作模板，引入GO片材以产生大孔隙，并在薄膜之间分布单壁碳纳米管以产生有效的离子扩散途径。因此，当施加−1.2 V电压时，rGO/SWCNTs薄膜的最大吸附容量达到13，014.3 mg/g，并且在五次循环后容量保持接近100%。此外，该研究组合成了多孔MXene/SWCNTs薄膜作为CDI电极去除废水中的有机染料，当施加−2.4 V电压时，最大吸附容量高达28，403.7 mg/g[106]。此外，本研究小组制备了源自废烟过滤器/沸石-咪唑酸盐框架-8（ZIF-8）复合材料[6，7，8，9，10，107]的碳泡沫电极，发现当施加−1.2 V电压时，MB电的最大吸附能力达到1846.7 mg/g。在大多数条件下，使用大多数水处理方法的甲基橙（MO）溶液的吸附时间超过1 h，而Liu及其同事使用一步水热法制备的多孔石墨烯水凝胶（R-HGH）作为CDI电极[108]。当对R-HGH施加0.6 V电压时，100 mg/L MO溶液的电吸附容量为57 mg/g，吸附平衡时间可在200 s以内。因此，电吸附可以为去除典型的有机化合物提供有效的途径。
This entry is adapted from the peer-reviewed paper 10.3390/polym14152985
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