四川大学陈文清教授SPT:锚定在活性炭上的MOFs衍生的Fe,N-co掺杂的多孔碳通过电容去离子法增强磷酸盐的去除率
The following article is from 水处理文献速递 Author environ 2023
第一作者:Xiang Song
通讯作者:陈文清 教授
通讯单位:四川大学建筑与环境学院
DOI:10.1016/j.seppur.2022.122694
全文速览
过量的磷(P)排放会导致水体富营养化和严重的生态系统退化。电容去离子(CDI)由于其环境友好性和快速去除/释放磷酸盐的特点,已经显示出卓越的除磷潜力。在这项研究中,新的金属有机框架(MOFs)衍生的Fe、N-co掺杂的多孔碳锚定在活性炭上(Fe@N/C)被制造出来作为磷酸盐吸收的阳极。活性碳提供了一个导电框架,以加速电子转移并促进磷的吸附。在1.2V电场下,Fe@N/C电极在低浓度(5mg P/L)下表现出对磷的最佳吸附能力,这表明N物种和Fe物种促进了磷酸盐的吸附。研究了初始磷浓度、外加电压、电极材料和初始pH值对Fe@N/C吸收磷的影响。此外,磷的吸附机制被揭示为由配体交换、静电吸引和电场主导。此外,经计算,在1.2V电压下,CDI除磷的能耗和运行成本分别低至5.18KWh/Kg P(0.0223 KWh/m3)和0.00173美元/m3。这项研究为在CDI领域构建MOFs衍生的碳复合电极提供了一种新的方法。
图文摘要
引言
在此,通过ZIF-8在MIL-101(Fe)和热解后的活性炭上的原位生长,合成了一系列Fe, N-co掺杂的多孔碳/活性炭(Fe@N/C)。MIL-101(Fe)具有良好的磷吸附性能,被选为模板和Fe前驱体。沸石咪唑框架(ZIF-8)被用作MIL-101(铁)和活性炭的包覆层,因为它的刚性结构在热解后仍然存在。它还可以提供N以形成金属-N活性点,从而提高导电性并避免金属聚集。AC是一种廉价的碳基质,用作MOFs衍生的碳的支持材料,以防止结构崩溃和金属进一步聚集。由于提供了一个相互连接的导电框架,它还可以促进电子传输。此外,详细讨论了初始磷浓度、外加电压、初始pH值和共存离子等关键因素对除磷的影响。研究了表征结果、吸附动力学和可能的机制,构建了电极材料和除磷之间的相互作用。最后,Fe@N/C被应用于评估从模拟自然水中除磷的可行性。
同位素标记技术
图文导读
研究意义
在这项研究中,通过两步策略成功地制造了一种新型MOF衍生的Fe@N/C电极。掺杂N和Fe的共存促进了Fe@N/C的电化学性能,加速了电子转移,从而促进了电场对磷的吸附。结果表明,Fe@N/C表现出良好的稳定性,即使在复杂的天然水中和低磷浓度(5mg P/L∼)的宽泛的pH值窗口中,仍然具有良好的活性。简而言之,在CDI过程中,静电吸引、配体交换和电场对除磷做出了贡献。这项研究为高效除磷和MOF衍生的碳复合电极的实际应用提供了一个新的视角。
文献信息:Xiang Song, Xing Chen, Wenqing Chen, Tianqi Ao, MOFs-derived Fe, N-co doped porous carbon anchored on activated carbon for enhanced phosphate removal by capacitive deionization, Separation and Purification Technology, 2023, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.122694
声明:本公众号仅分享前沿学术成果,无商业用途。如涉及侵权,请立刻联系公众号后台或发送邮件,我们将及时修改或删除!
邮箱:hcyouliao@163.com
向环材有料投稿,即可在文献电子书直达群享受免费文章查重以及校对服务!
微信加群:
环材有料为广大环境材料开发研究领域的专家学者、研发人员提供信息交流分享平台,我们组建了环境材料热点领域的专业交流群,欢迎广大学者和硕博学生加入。
进群方式:扫下方二维码添加小编为好友,邀请入群。请备注:名字-单位-研究方向。
扫二维码添加小编微信,邀请入群,获得更多资讯