Solar reduced graphene oxide decorated with manganese dioxide nanostructures for brackish water desalination using asymmetric capacitive deionization

文献情報

出版日 2023-09-06
DOI 10.1039/D3CP02984K
インパクトファクター 3.676
著者

Shreerang D. Datar, Nitish Kumar, Vrushali Sawant, Noora Shaikh, Neetu Jha


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要旨

Capacitive deionization (CDI) has emerged as a low-cost, reagent-free technique for the desalination of water. This technique is based on the immobilization of dissolved ions on the electrically charged electrodes, by the electrosorption phenomenon. The electrosorption of dissolved ions by using CDI is limited for feed water having a low concentration of salts. To address this problem, we employ an asymmetric capacitive deionization (Asy-CDI) architecture having solar reduced graphene oxide decorated with manganese dioxide nanostructures (SRGO–MnO2 composite). The Asy-CDI possesses an SRGO–MnO2 composite as the cathode and SRGO as the anode with an anion exchange membrane. The cathode formed from the SRGO–MnO2 composite serves the purpose of immobilization of cations, whereas the anode formed from SRGO is responsible for anion removal. The crystal structure, chemical composition and morphology of the as-synthesized SRGO–MnO2 composite electrode materials are characterized by several techniques, confirming that the surface of SRGO is successfully loaded with α-MnO2 nanostructures. The electrochemical characterization reveals a high specific capacitance of the as-synthesized SRGO–MnO2 composite (419.9 F g−1) at 100 mV s−1. The Asy-CDI provides a higher salt adsorption capacity (40.2 mg g−1) compared to Sy-CDI (28.3 mg g−1) with feed water containing a salt concentration of 2000 mg L−1. These results indicate that the Asy-CDI may be employed as an efficient technique for the desalination of high concentration salt water.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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