Abstract Introduction of new nanomaterials with conductivity, salt adsorption capacity (SAC) and rate (SAR) exceeding that of carbon electrodes may greatly improve capacitive deionization of water. However, those materials show a different electrochemical behavior, which must be studied and optimized for practical use. Here, effects of operating conditions on desalination performance of pre-conditioned Ti3C2Tx-MXene-based electrodes in a symmetric membrane capacitive deionization (MCDI) system were investigated. Specifically, influences of discharge potential, half-cycle length (HCL), and flow rate were systematically studied. Results showed different degrees of performance dependence on operating conditions. For instance, lower discharge potentials increased SAC and SAR by 152%. However, longer HCL increased SAC by 32% while decreasing SAR by 54%. Finally, faster flow rates decreased both SAC and SAR by 20%. Desalination performances of symmetric pre-conditioned MXene and activated carbon cloth (ACC) electrodes were gravimetrically and volumetrically compared in MCDI system. Pre-conditioned MXene electrodes gravimetrically performed 30% lower than ACC due to their notably higher density. Yet, pre-conditioned MXene electrodes volumetrically outperformed ACC by 162%. Results suggest that although MXenes offer high electrochemical activity and hydrophilicity, making them promising candidates for CDI applications, the strong dependence of desalination performance of MXenes on operating conditions requires in-depth understanding and warrants further research.

中文翻译：

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操作条件对对称预处理Ti3C2T-MXene膜电容去离子系统脱盐性能的影响

摘要 引入电导率、盐吸附容量（SAC）和速率（SAR）超过碳电极的新型纳米材料可以大大改善水的电容去离子。然而，这些材料表现出不同的电化学行为，必须对其进行研究和优化才能实际使用。在此，研究了操作条件对对称膜电容去离子 (MCDI) 系统中预处理的 Ti3C2Tx-MXene 基电极的脱盐性能的影响。具体而言，系统研究了放电电位、半周期长度 (HCL) 和流速的影响。结果显示不同程度的性能依赖于操作条件。例如，较低的放电电位使 SAC 和 SAR 增加了 152%。然而，更长的 HCL 使 SAC 增加了 32%，同时使 SAR 减少了 54%。最后，更快的流速使 SAC 和 SAR 均降低了 20%。在 MCDI 系统中通过重量和体积比较了对称预处理 MXene 和活性炭布 (ACC) 电极的脱盐性能。由于密度明显更高，经过预处理的 MXene 电极在重量上比 ACC 低 30%。然而，经过预处理的 MXene 电极在体积上比 ACC 好 162%。结果表明，尽管 MXenes 具有高电化学活性和亲水性，使其成为 CDI 应用的有希望的候选者，但 MXenes 的脱盐性能对操作条件的强烈依赖性需要深入了解并值得进一步研究。在 MCDI 系统中通过重量和体积比较了对称预处理 MXene 和活性炭布 (ACC) 电极的脱盐性能。由于密度明显更高，经过预处理的 MXene 电极在重量上比 ACC 低 30%。然而，经过预处理的 MXene 电极在体积上比 ACC 好 162%。结果表明，尽管 MXenes 具有高电化学活性和亲水性，使其成为 CDI 应用的有希望的候选者，但 MXenes 的脱盐性能对操作条件的强烈依赖性需要深入了解并值得进一步研究。在 MCDI 系统中通过重量和体积比较了对称预处理 MXene 和活性炭布 (ACC) 电极的脱盐性能。由于密度明显更高，经过预处理的 MXene 电极在重量上比 ACC 低 30%。然而，经过预处理的 MXene 电极在体积上比 ACC 好 162%。结果表明，尽管 MXenes 具有高电化学活性和亲水性，使其成为 CDI 应用的有希望的候选者，但 MXenes 的脱盐性能对操作条件的强烈依赖性需要深入了解并值得进一步研究。由于密度明显更高，经过预处理的 MXene 电极在重量上比 ACC 低 30%。然而，经过预处理的 MXene 电极在体积上比 ACC 好 162%。结果表明，尽管 MXenes 具有高电化学活性和亲水性，使其成为 CDI 应用的有希望的候选者，但 MXenes 的脱盐性能对操作条件的强烈依赖性需要深入了解并值得进一步研究。由于密度明显更高，经过预处理的 MXene 电极在重量上比 ACC 低 30%。然而，经过预处理的 MXene 电极在体积上比 ACC 好 162%。结果表明，尽管 MXenes 具有高电化学活性和亲水性，使其成为 CDI 应用的有希望的候选者，但 MXenes 的脱盐性能对操作条件的强烈依赖性需要深入了解并值得进一步研究。