絮状污泥的新目标作为高性能电容器的电极材料

随着城镇化和工业发展的加快，城镇污水和工业废水的处理率逐年提高。以为例，2015年有3000多家污水处理厂，产生4000万吨污泥(含水率80%)，53%的污泥没有得到有效安全处置。絮状污泥是城市污水和工业废水处理过程中产生的一种固体废物，对环境和人体健康造成严重危害。特别是在工业废水处理中，污泥中通常含有高浓度的有害污染物，例如悬浮固体、金属离子和有机污染物。然而，传统的污泥处理方法不足以防止因浸出、扩散、并在环境中重新悬浮。因此，非常需要有效的稳定和无危害的治疗。

污泥作为由有机碎片、细菌、胶体、无机颗粒等组成的复杂异质材料，含有大量的碳和金属盐。因此，其优异的电化学性能引起了人们的广泛关注。此外，已经注意到碳材料的电化学性能可以通过各种类型的预处理得到很大改善。这表明污泥在电化学领域具有很好的再利用潜力。然而，仍有许多问题需要进一步调查。例如，用絮状污泥轻松制造电容器的可行性，不同处理的效果污泥材料的电化学性能以及资源消耗和毒性风险等环境影响的过程。

科学院大学过程工程研究所的研究人员利用酸化和KOH高温活化，将絮状污泥转化为多孔碳基复合材料，并将其作为电极材料应用于电容器，比较了不同处理工艺的效果对污泥材料的电化学特性进行了研究，并通过生命周期评估分析了环境影响。这项题为“高性能电容器的絮状污泥的回收和再利用”的研究在线发表在环境科学与工程前沿。

在这项研究中，研究小组发现孔结构是通过高温酸化和KOH活化形成的。他们比较了三种不同酸的开裂效应，并选择其中一种酸进一步研究了四种质量比的KOH/C下活化对孔结构和电化学性能的影响。他们的研究表明，Fe增加了电导率，更多的羧基官能团提高了传质效率，并且通过KOH活化方法产生的新孔隙为电化学应用产生了更好的性能。他们的研究表明，KOH活化后，污泥材料具有良好的双层电容行为，可逆性更高，更有利于电解质离子扩散和电荷转移。最后，综合比较了储能性能、长期稳定性和标准化环境影响，提出了最佳处理工艺。

本研究通过将絮状污泥再用于具有多孔通道和高电导率的碳基电极，开发了一种简便、清洁、健康的资源利用方法。这项工作不仅为合成分级多孔碳作为高性能超级电容器的电极材料提供了一种具有成本效益的策略，而且为从危险的工业废物中大规模制造储能材料提供了一种有前景的方法。

标签：