電容去離子技術讓「硬水」快速「服軟」

2020-11-18 科技日報

　　 科技日報記者 吳長鋒

　　 記者從中科院合肥研究院獲悉，該院固體所環境與能源納米材料中心團隊，基於電容去離子技術發展了銅基普魯士藍（CuHCF）選擇性吸附電極，基於其獨特的晶體通道及特有的贗電容效應，該電極展現出高效的選擇性電吸附鈣離子能力，該工作對於硬水軟化技術具有重要意義。相關成果日前發表在《ACS應用材料與界面》上。

　　水的硬度是世界各國普遍存在的水質問題。據統計，85%以上的可用淡水為硬水。自來水、地面水、河水等常見的硬水一般都是由鈣、鎂離子引起的，會導致洗滌劑作用減弱，鍋爐、管道、熱交換器結垢。長期飲用硬水還會增加人體泌尿系統結石的得病率，因此硬水的軟化處理得到高度關注。然而，現有的硬水處理技術如化學沉澱法、離子交換、膜過濾等，需要過度使用化學物質、複雜的基礎設施、昂貴的維護且能源消耗高。

　　 電容去離子技術（CDI）作為一種新型的水處理技術，由於其操作方便、環境友好、能耗低等優點，引起了人們的廣泛關注。但由於該技術所用電極材料多為碳材料，缺乏目標離子的高效選擇性，而具有高比電容的贗電容材料因其特有的離子選擇性有望用於CDI硬水軟化領域。

　　為此，科研人員基於Ca2+離子的插層作用，首次利用銅基普魯士藍CuHCF作為贗電容電極，在Na+、Ca2+、Mg2+等多種陽離子混合溶液中對Ca2+實現了高選擇性電吸附。在非對稱電容去離子裝置中，1.4 V工作電壓下獲得了42.8 mg/g的鈣離子最大吸附容量，尤其是在高鈉/鈣離子摩爾比（10:1）溶液中依然保有最高吸附選擇性係數3.05，並且在循環過程中銅基普魯士藍CuHCF電極材料也能保持原有的形貌和穩定的吸附容量。科研人員結合電化學表徵以及分子動力學模擬技術，闡明了銅基普魯士藍CuHCF電極材料選擇性吸附鈣離子的贗電容本徵特性。

　　該研究成果對於探索CDI贗電容電極材料高效選擇性電吸附目標離子以及CDI硬水軟化技術具有重要意義。

　　編輯：張琦琪

　　審核：朱麗

相關焦點

  • 電容去離子技術在水處理中的應用
    認為高活性電極材料是獲得其高性能的關鍵，應根據地域的不同，研究 CDI 技術與太陽能、風能、水能等技術耦合集成研究；根據不同水系，研究利於溶液中離子吸附的電極材料；根據使用人群不同，研究不同型號的 CDI 單元。希望這種低能耗淨水技術可以儘早運用到實際生活中去。關鍵詞：電容去離子；水處理；應用目前，人們已經開發出多種水處理技術。
  • 石墨烯——電容去離子技術還你一捧甘泉
    固態水當前人類掌握的鹹水變甘泉技術主要有以下幾種：第一種，離子交換樹脂除鹽技術，目前技術比較成熟，但是需要專用設備，水處理不高，樹脂需要不斷更換以及再生，所以在工業應用中一直存在問題。第二種，反滲透膜技術，其具有設備簡單，操作簡便，能量消耗少、處理效率好等優點，但是由於需要高壓設備，對帶電荷較多的離子去除率為96%以上，去除率仍需要進一步提高。第三種，電容去離子技術，其技術關鍵在於在較低直流電壓下脫鹽，石墨烯本身可直接用於電容除鹽電極，也可以作為添加劑添加到石墨中，故有除鹽率高、再生容易及脫鹽速度快等優點。
  • 多孔碳納米纖維表現出卓越的電容去離子性能
    電容性去離子(CDI)在能量上有利於水的去離子化，但現有的方法由於離子可接近的表面不足和電子/離子傳輸速度緩慢，其去離子能力和耗時周期受到限制。在《Science Advances》上的一篇新報告中，Tianyu Liu和美國維吉尼亞理工大學化學系、土木與環境工程系和納米科學系的研究團隊展示了多孔碳纖維（PCF）作為一種有效的CDI材料。
  • 安徽去離子水_遠誠水處理
    安徽去離子水，遠誠水處理，配電自動化設備（廠礦企業單位用配電箱、機電自動控制櫃）可按客戶要求定做不同功能配電櫃。安徽去離子水， 24小時工作隨叫隨到，您滿意是我們的服務宗旨。設備遍布龍口、萊州、萊陽、蓬萊、青島、威海等地區。相同的選擇，不同的期待。
  • 第四屆「電容去離子及電吸附」 國際會議在京召開
    國際電吸附技術工作組成立於2014年5月，其主要任務是發布電吸附相關定義、測試指南，促進全球相關研究者的交流與合作，推動電吸附技術的發展與應用。「電容去離子及電吸附」國際研討會此前已在荷蘭、德國和韓國舉辦三屆，由電吸附技術國際工作組對會議進行科學指導。
  • 如何把硬水變軟水?
    備註：把弱鹼性硬水變成弱酸性軟水叫做水，反過來，把弱酸性軟水變成弱鹼性硬水，也叫做水。總之，就是要把不適合養目標魚類的水變成適合它的水。這裡就必須再明確一個概念：硬水。什麼是硬水？簡單說，指的是富含鈣鎂離子的水，並且這種「富含」有點超標的意味。
  • 同濟大學馬傑教授團隊電容去離子除氯脫鹽研究取得新進展
    近日，同濟大學環境科學與工程學院馬傑教授團隊在電容去離子除氯脫鹽領域取得新進展，相關成果發表在《先進科學》(Advanced Science)上。　　 　　電容去離子(CDI)技術具有效率高、易再生和易維護等優勢，在脫鹽、離子分離和回收等領域受到廣泛應用。
  • 硬水和軟水,你能分清楚嗎?
    水的硬度的單位是GPG，1GPG表示1加侖水中硬度離子（鈣鎂離子）含量為1格令（約65mg）。按美國WQA（水質量協會）標準，軟水和硬水的臨界點為0.5GPG，0.5GPG以下的為軟水，0.5GPG以上的為硬水。
  • 新型親水性碳納米纖維織物可實現超高的電容去離子性能
    雖然多孔碳已被廣泛用於電容去離子技術，但是由於疏水性微孔結構的可及表面積較低，導致其脫鹽能力不理想，這嚴重阻礙了其實際應用。本研究以均勻分散的二茂鐵作為成孔劑，通過靜電紡絲製備了具有大可及表面積的新型碳納米纖維織物。
  • 水知識科普丨硬水和軟水,你能分清楚嗎?
    水的硬度的單位是GPG，1GPG表示1加侖水中硬度離子（鈣鎂離子）含量為1格令（約65mg）。按美國WQA（水質量協會）標準，軟水和硬水的臨界點為0.5GPG，0.5GPG以下的為軟水，0.5GPG以上的為硬水。
  • 生活中哪些是硬水哪些是軟水?區別有哪些?
    那麼，生活中哪些是硬水哪些是軟水呢?    水的軟硬度是根據水中的鈣離子和鎂離子的含量來計算的，這兩種離子的含量越高，水的硬度就越大。硬水是指硬度為16—30度的水，如從地層深處流出的泉水和深井水多屬於硬水，而軟水是硬度低於8度的水，如雨水，池塘，小溪等地面水屬於軟水。    目前水的硬度標準單位是mmol/L(毫摩爾每升)。
  • 初中化學考點總結:水的淨化、純化以及硬水
    2.水的純化純淨水主要有蒸餾水和去離子水。蒸餾水，就是將水加熱沸騰，變成蒸汽，再冷卻凝結成水。3.硬水硬水，含有較多可溶性鈣、鎂化合物的水。（我們在生活中經常見到的水垢，就是硬水加熱後形成的沉澱。）硬水的害處：工業鍋爐用硬水可能引起鍋爐爆炸， 用硬水洗衣服會降低肥皂的氣泡能力， 飲用硬水會危害健康。水的淨化、純化以及硬水這部分內容也是我們中考經常會考到的題目，題型有選擇題，也有填空題，題目難度一般不大。
  • 2018中考化學知識點:硬水、軟水
    下面是《2018中考化學知識點：硬水、軟水》，僅供參考！ 　　硬水、軟水   　　1．定義：硬水是指溶有碳酸氫鈣、碳酸氫鎂等物質較多的水。泉水、井水等常是硬水。軟水是相對於硬水而言，不含鈣、鎂化合物或含鈣、鎂化合物較少的水。
  • 軟水、硬水是什麼意思,有什麼區別?
    同樣是自來水，有的燒開之後水垢很多，有的卻沒有，口感也大不相同，這都是源於水質區別，美浩就來帶你揭開軟水、硬水的神秘面紗！水是液體，為什麼會有軟硬之分？軟水不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水硬水含有較多可溶性鈣、鎂化合物的水在區分的時候主要看水中的鈣鎂離子的濃度軟水：0～60毫克/升中軟水：60～120毫克/升硬水：120～180毫克/升中硬水：180毫克/升硬水對生活的影響硬水中的鈣鎂含量較高，烹調食物會影響食物口感
  • KNSCHA超級電容(EDLC)技術指南
    超級電容利用電解液中離子對電極表面的吸附·脫離來充放電。在相向而行的電極上施加使電解液不發生電氣分解程度的電壓，電解液中的離子受電極表面吸附，儲存對象是與之相對的電荷（電子和空孔）。一般來說，超級電容由正極電極、負極電極、電解液（以及電解質鹽），和防止由於接觸與之反向的電極造成短路的分離器構成，電極由集電體上塗抹活性炭粉末構成。
  • 軟水和硬水,區別真有這麼大?
    （數據來自：《北京自來水硬度的測試與分布》發表在北京農學院學報第1期第11卷）如何區分軟水和硬水？可以用肥皂水進行試驗，我們一起來看小實驗。我們取兩隻瓶子分別加入等量的軟水和硬水以及等量的肥皂水充分的搖晃後靜置一會兒，我們可以看出軟水泡沫豐富、水質清澈；硬水泡沫較少、水質渾濁。
  • 喝硬水好還是軟水好 軟水長期喝對身體危害大
    原標題：喝硬水好還是軟水好 軟水長期喝對身體危害大 　　醫學上把日常用水分為「硬水」和「軟水」兩種。那么喝水是喝硬水好還是軟水好？ 　　硬水的缺點 　　1、硬水的飲用會對人體健康與日常生活造成一定的影響。
  • 硬水和軟水是什麼 硬水的壞處和軟水的益處
    由於硬水問題，工業上每年因設備、管線的維修和更換要耗資數千萬元。 3、硬水的飲用還會對人體健康與日常生活造成一定的影響。沒有經常飲硬水的人偶爾飲硬水，會造成腸胃功能紊亂； 4、這種水在家庭使用時，不能使肥皂產生泡沫，還會在所洗滌的衣物上沉澱一層水垢；在燒開水時會在壺底和熱水瓶底部漸漸地結上一層堅硬的白色水垢。
  • 硬水真的不好嗎?
    |硬水和軟水的口感常常聽人說，這水喝著感覺好硬。也就是水硬。硬水喝起來是一種什麼感覺呢？硬水通常比較爽口、厚重，礦泉水大多硬度較高，喝起來清爽可口；軟水通常柔和、淡而無味。一般自來水燒開後喝，如果感覺澀澀的，那說明家中的自來水硬度過高。所以，水的硬度需要適中，才好喝。飲水硬度在150~450mg/L最好。
  • 軟水和硬水究竟哪個好?看完明白了
    網絡上不少文章都在說硬水對人的健康是極大的危害，那到底是怎樣的危害？有沒有研究中心出臺的數據表明呢？「不知道欸，好像大家都這麼說」「這還用研究數據嗎？用了軟水機不結垢啊。」說起不結垢，好像真的很有道理呢。那我也要找軟水喝去！等等，除了結垢這件事，我們平常喝水有遇到明顯的問題嗎？