活化剂引导调控橘皮生物炭孔隙结构提升电容去离子性能的可持续工程策略

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Sustainable Engineering of Orange Waste-Derived Biochars via Activator-Guided Porosity Tuning for Enhanced Capacitive Deionization

　　本综述系统探讨了十种化学活化剂（包括碱性、酸性和中性）对橘皮废弃物衍生生物炭的理化特性与电容去离子（CDI）性能的调控机制。研究通过多种表征手段（如BET、FTIR、Raman等）揭示活化剂类型显著影响比表面积（22-1416 m2 g-1）、孔隙结构和表面官能团分布，其中KOH和ZnCl2活化电极表现出最优的比电容（169.4/142.7 F g-1）和盐吸附容量（15.65/13.18 mg g-1）。该工作为农业废弃物资源化制备高性能CDI电极提供了绿色设计策略。

　　

亮点

橘皮废弃物作为一种可再生、富氮生物质，通过活化剂引导的孔隙调控可转化为高性能电容去离子（CDI）电极材料。十种化学活化剂（包括碱性、酸性和中性）显著影响生物炭的比表面积（22至1416 m² g^-1）、孔隙结构和官能团分布。KOH和ZnCl₂活化电极凭借分级孔隙结构、氮/氧官能团和平衡的缺陷密度，展现出卓越的比电容（169.4和142.7 F g^-1）和盐吸附容量（15.65和13.18 mg g^-1）。优化电极在50次循环后性能仅下降约6%，表现出优异稳定性。

结论

本研究评估了十种活化剂对橘皮废弃物衍生生物炭电极性能的影响，结果表明活化剂选择是调控理化特性和脱盐性能的关键设计参数。氢氧化钾（KOH）和氯化锌（ZnCl₂）最为有效，其电极具有最高比电容（分别为169.4和142.7 F g^-1）和盐吸附容量（分别为15.65和13.18 mg g^-1）。这些提升归因于有利的分级孔隙结构、氮/氧官能团以及促进高效离子传输和电荷存储的平衡缺陷密度。可重复使用性测试证实优化电极在50次循环后性能仅下降约6%。本研究不仅强调了活化剂选择在定制生物质衍生碳材料中的关键作用，更为将农业废弃物转化为先进CDI电极提供了一条绿色路径。研究结果为合理设计用于节能脱盐系统的多孔碳提供了战略见解。