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　　https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-021-1512-5

　　文章出版：Front.　Environ.　Sci.　Eng.　2022,　16(6):　78

原文信息

　　题目：

　　Recovery　and　reuse　of　floc　sludge　for　high-performance　capacitors

　　作者：

　　Di　Zhang^1,2,　Rong　Hou¹,　Wenbo　Wang^1,2,　He　Zhao　(✉)¹

　　作者单位：

　　1　Institute　of　Process　Engineering,　Chinese　Academy　of　Sciences,　China

　　2　University　of　Chinese　Academy　of　Sciences,　China

　　通讯作者邮箱：

　　hzhao@ipe.ac.cn

　　关键词：

　　Floc　sludge(絮凝污泥);

　　Porous　carbon　electrode(多孔碳电极);

　　Energy　storage　performance(储能性能);

　　Supercapacitors(超级电容器)

文章亮点

　　•探讨了利用絮凝污泥资源化回用制备电容器的可行性;

　　•采用酸化和KOH活化法获取了多孔炭复合材料;

　　•所制备的三维多孔结构具有较大的比表面积，良好的比电容和循环稳定性;

　　•与普通污泥处理工艺相比可减少90%以上的资源消耗和毒性风险。

文章简介

　　随着城市化进程及工业发展的加快，城市污水及工业废水的处理率逐年增加，其中絮凝过程为处理厂产生污泥的主要工序，因此絮凝污泥的产量也急剧增加。据调研，2015年我国已建的污水处理厂3000多座，产生污泥4000万吨　(含水率为80%)，其中53%的污泥未得到有效安全处理。在工业生产过程中，产生的絮凝污泥中成分较为复杂，如对污泥处置不当絮凝污泥被排放到自然环境中，不仅会给环境带来污染，同时也对人类的身心健康造成影响。传统的污泥处置方式有土地利用、填埋、焚烧等，但依旧无法避免污泥处理产生的二次污染。将污泥无害化，资源化循环利用已成为最具应用前景的污泥处置方法之一。因絮凝污泥和其他固体废弃物类似本质上大多数为碳材料，经预处理过程极大可能展现出优异的电化学性能。大量的含碳的固体废弃物经资源化回收后在电化学领域中有良好的应用潜力。

　　本文开发了一种利用絮凝污泥制备多孔通道高导电性碳基电极的简便方法。通过酸化和高温KOH活化将絮凝污泥转化为多孔炭基复合材料，并应用于电容器领域，从而实现对絮凝污泥资源化的回收。通过一系列的物理化学表征手段，考察了不同的预处理过程对絮凝污泥材料的结构和电化学性能的影响。制备的AS-N-3具有较大的比表面积(2588　m2/g)和最优孔径分布的三维多孔结构。　将预处理的絮凝污泥材料利用于电容器领域并分析其储能性能，从而进一步对电化学机理进行深入的探究。合理的多孔结构使AS-N-3具有优良的比电容(1　A/g时为287　F/g)、良好的速率容量(10　A/g时66.8%的保持率)和优异的循环稳定性(在超级电容器中循环5000次后的保持率为93.4%)。

　　此外，考察了污泥资源化利用方法对环境的影响进行了综合评价。根据生命周期评价结果可知，与普通污泥处理工艺相比，本文采用的絮凝污泥资源化利用方法可将化石燃料和资源的消耗、对生态环境和人体的毒性影响均降低90%以上。因此该研究不仅为利用絮凝污泥制备高效储能材料提供了前景思路，而且为减少工业废弃物综合利用对生态环境和人体的影响提供了新的可行方法。

文章摘要图

编　后

　　工业废水处理过程中絮凝污泥的产量大且成分复杂，为当今环境保护带来了一定的挑战。本研究结合絮凝污泥资源化的需求，将絮凝污泥经过简单的预处理过程，成功将污泥固体废弃物转化为多孔炭基复合材料，并将其作为电极材料应用于电容器中。该研究表明絮凝污泥具有一定的储能再利用潜力，且此方法环境风险较低，具有进一步可推广潜力。

作者简介

　　赵赫，女，中科院过程工程研究所研究员、博士生导师，中科院青促会优秀会员。主要研究方向为工业减污降碳，重点开展工业污染转化与分离耦合、跨介质协同防控、减污降碳评估等方面的研究工作。在Environ　Sci　&　Tech,　Water　Res等期刊发表论文70余篇，以第一发明人获授权发明专利18项（美国专利1项）；获国家技术发明二等奖1项、国家一级学会科技奖4项；兼任Front.　Environ.　Sci.　Eng.和Chinese　Chem.　Lett.期刊青年编委和中国环保产业协会冶金环保专委会副秘书长。

　　张笛，女，34岁，中国科学院过程工程研究所2019级环境工程专业博士生，导师为曹宏斌研究员，研究方向为工业污染跨介质迁移转化与低碳减排。

期刊简介

《前沿》系列英文学术期刊

　　由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》（Frontiers）系列英文学术期刊，于2006年正式创刊，以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题，是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群，其中13种被SCI收录，其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录，具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式，保证文章以最快速度发表。

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