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海水淡水化用電極としてのβ-シクロデキストリンとイオンドープポリピロール複合ナノ材料の開発

医薬品以外への応用
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逆浸透膜(RO)、低温多効用蒸留(LT-MED)、多段フラッシュ(MSF)などの従来の海水淡水化技術は過去数十年間で大きな発展を遂げてきたが [1] 、新しいコンセプトに基づく新興の海水淡水化技術も急速に開発され続けている。その中でも容量性脱イオン(CDI)は、エネルギー効率が高く、環境に優しいことから、近年多くの研究者の注目を集めている。

本研究では、β-シクロデキストリンを前駆体化合物とし、イオンドープ(Cl-, DBS-)ポリピロールを用いて、ポリピロール(PPy)層を被覆した中空炭素球体(HCS)を合成し、汽水からの塩イオンの容量性除去を試みた。まず、ソフトテンプレートとしてプルロニックF-127を用いてβ-シクロデキストリンからHCSを調製した。HCSとイオンドープPPyの組み合わせは、両者の利点を効果的に発揮することで、双方のメリットを両立させることができた。HCSのサポート効果によりPPyの凝集が緩和され、より大きな比表面積を有する複合材料が得られた。

電気化学試験の結果、HCS@PPy-ClおよびHCS@PPy-DBSコンポジットは、電気化学的性能が向上することが示された。脱塩試験の結果、HCS@PPyCl||HCS@PPy-DBS(H-PC||H-PD)非対称セルは31.77 mg/gという高い収着容量を示した。それは、500 mg/L NaCl中のHCS||HCS(H|H)対称セル(26.35 mg/g)よりもはるかに高い値である。

イオンドープされたPPy分子鎖と中空炭素球を含む複合材料は、イオン輸送を効果的に促進し、イオン親和性と電気伝導性を高めることができる。

[1] Zhao, Y., Cai, Y., Wang, Y., Xu, S. (2021) A win-win strategy of β-cyclodextrin and ion-doped polypyrrole composite nanomaterials for asymmetric capacitive deionization. Separation and Purification Technology
259,118175

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