短切煤沥青碳纤维的界面调控及电容脱盐协同增强机制
李赵悦
伊尔夏提·地力夏提
古丽格娜·皮达买买提
白翔
罗新泽
伊犁师范大学化学化工学院重质碳资源化学与化工重点实验室,新疆伊宁 835000
摘要：电容去离子(Capacitive Deionization,CDI)作为一种基于电场驱动离子电吸附的新型脱盐技术,因其低能耗和环境友好特性在水处理领域展现出重要应用前景.电极材料作为CDI系统的核心组件,其电子传导能力和界面润湿特性直接影响脱盐效率.以高导电的短切煤沥青基碳纤维(Pitch-based Carbon Fiber,PCF)为对象,通过KOH化学活化构建分级孔结构以增加比表面积和采用硝酸氧化引入含氧官能团进行表面润湿性调控.经此双重活化制备的样品(KN-PCF),不仅比表面积高达583.83 m2/g,而且接触角大幅降至65°,界面能显著降至34.6 mN/m(降幅达60.1％),还保持了优异的导电性(电导率约为13.7 S/cm).在1.4V低电压下,KN-PCF电极展现出25.5 mg/g的脱盐容量、0.77 Wh/g的能耗以及96.7％的脱盐容量保持率.结合密度泛函理论(DFT)计算揭示了 KN-PCF表面含氧官能团通过降低Na+吸附能垒和缩小HOMO-LUMO能隙的双重机制,有效强化了离子捕获能力并提升了界面电荷转移效率.此外,通过COMSOL软件设计的三维多物理场仿真证实KN-PCF电极与电解液界面间的电场均匀性得到了显著提升.研究为低值沥青基碳纤维的高值化利用提供了理论和技术参考.
关键词：短切煤沥青碳纤维粗糙度亲水性电容脱盐脱盐机理
分类号：TQ346(化学纤维工业)
资助基金：新疆维吾尔自治区高校基本科研业务费基金资助项目(XJEDU2024P116)伊犁师范大学提升学科综合实力专项资助项目(22XKZY07)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-23（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 158-167 )
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