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济南大学闫良国教授JCIS: 镍铁层状双氢氧化物二硫化钼非对称电极对高浓度六价铬的电容去电离

发表时间: 2024-01-10 作者: 小九直播app下载安装

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  工业活动中无数剧毒重金属被排放到水体中,这是一个严重的环境安全问题。铬就是这样一种重金属。它主要以两种状态存在——三价铬(Cr(III))和六价铬(Cr(VI))。Cr(VI)具有剧毒,在环境中不能降解,而Cr(III)毒性低。Cr(VI)对环境有害,危害人体健康到致病的程度,影响社会的可持续发展。因此,一定要使用有效的技术从废水中去除高浓度的Cr(VI)。目前,可用的技术最重要的包含吸附、沉淀、离子交换、膜分离、絮凝和电容去离子(CDI)。

  CDI是一种新的、有前途的重金属废污水处理方法,具有简单易操作、能耗低、无二次污染等优点。具有高电容、优异的电化学导电性和良好稳定性的电极材料在CDI体系中发挥着及其重要的作用。碳材料一般用作电极。例如,多孔碳已用作电极以去除30 mg/L水溶液中的Cr(VI),去除效率为90.5%。然而,识别具有增强去除能力的电极材料仍然很重要。

  近年来,二维纳米材料,包括氧化石墨烯,层状双氢氧化物(LDHs)和二硫化钼(MoS2),根据其特有的电化学特性,已被用作CDI工艺中的电极材料。 LDHs具有许多有利的特性,例如可调节的层元素,夹层之间的阴离子交换以及高阴离子存储容量。由于其特性结构,LDHs很适合用作CDI电极材料,以有效地脱盐,去磷和净化水中的有毒重金属离子。MoS2是一种有代表性的二维过渡金属层状化合物,已大范围的应用于催化和吸附领域。由于其低成本、有利的电化学稳定性、理想的导电性和其他显着特性,它也被用作CDI的理想电去离子材料。

  由于LDHs的非导电性,其他材料如碳基材料,或过渡金属化合物,可以与它们结合,以提高其在CDI期间的导电性和去离子能力。LDH-MoS2复合材料已用于光催化和析氢,。然而,基本上没有关于使用LDHs和LDH基复合材料通过CDI去除水性Cr(VI)的研究。

  图 1.NiFe/MoS2复合材料的制备工艺(a)和用NiFe/MoS2组装的不对称CDI系统和交流电极 (b)。

  电容式去离子(CDI)是重金属废水净化处理的一种很有前途的方法,电极材料是一个重要的条件。尽管在CDI工艺中已应用了许多层状双氢氧化物(LDHs)和LDH基复合材料来净化各种污染物,但关于去除六价铬水溶液(Cr(VI))的研究很少。为了改善电化学性能和去离子性能,镍-铁-LDH/二硫化钼杂化物(表示为NiFe/MoS2))在研究中合成。MoS2的加入提高了NiFe/MoS2电极的电导率、电容可逆性、充电效率、库仑效率和稳定能力,提高了NiFe- LDH对Cr(VI)的去电离效率。在初始溶液pH为Cr(VI)、工作电压为1.2 V、流速为20 mL/min、去离子时间为240 min的条件下,NiFe/MoS2电极对Cr(VI)的最大去除率为106 mg/g。对100 mg/L Cr(VI), NiFe/MoS2电极的去除率超过99%,优于其他大多数材料的去除率。在高浓度的Cl−和SO42−下,NiFe/MoS2对Cr(VI)的离子选择性也有所增加。Cr(VI)的去电离包括静电吸引、还原为低毒Cr(III)和表面络合。因此,NiFe/MoS2在实际废水净化处理中是一种很有前途的Cr(VI)去除剂。然而,LDH基电极在CDI系统中去除水相Cr(VI)的能力和可重用性仍需进一步研究和提高。

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