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New Approach for Investigating Diffusion Kinetics Within Capacitive Deionization Electrodes Using Electrochemical Impedance Spectroscopy

Capacitive deionization (CDI) has become an important research topic in terms of water purification as it is a cost- and energy efficient approach for the desalination of brackish water. Carbon- based materials are often used as electrodes in this process due to a variety of morphologies and their suitable performance in this field. In recent studies it has been already shown that a conscientiously chosen set of electrode properties has an enormous effect on the performance behavior of CDI cells. However, most of the studies focus on the optimization of the electrosorption capacity, while the question on how material properties influence the kinetic behavior of a CDI setup has been less intensively studied so far. Here we show that the kinetic effects of electrode materials can be studied in great detail by using electrochemical impedance spectroscopy (EIS). EIS studies of CDI electrodes have been reported before, however, in contrast to these we introduce a method of presenting and analyzing EIS results. This is especially suitable for extracting the frequency ranges in which different rate limiting mechanisms dominate. The new Nyquist Incline Frequency plot (NIF) shows the local slope of the Nyquist plot in dependency of the applied frequency. By this, electron transfer and mass transfer mechanisms which show a characteristic slope in the classical Nyquist plot can be directly visualized together with the information in which time domain they occur. The data derived from the new EIS plot show a clear correlation to pore size distributions from BET measurements, as well as effective capacities and electrosorption kinetics, extracted from CDI experiments. Therefore, we think that by using the NIF plot electrode materials for CDI processes can be conveniently characterized and compared within a single diagram, helping to standardize CDI material development

6. Wochenbericht M157 EVAR

Die Meteorreise M157 ist die erste Feldexpedition des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts EVAR (Das Benguela Auftriebssystem im Klimawandel – Effekte von Variabilität im physikalischen Antrieb auf das Budget von Kohlenstoff und Sauerstoff). In diesem bis zum Jahr 2021 laufenden Forschungsprojektuntersucht ein Konsortium von WissenschaftlerInnen des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), des Bremer Zentrums für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) und des Kieler Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung (GEOMAR) zusammen mit ihren KollegInnen von der Universität Namibias und des National Marine Information and Research Centres NatMIRC mögliche Folgen des Klimawandels für das Benguela Auftriebssystem

4. Wochenbericht M157 EVAR

Die Meteorreise M157 ist die erste Feldexpedition des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts EVAR (Das Benguela Auftriebssystem im Klimawandel – Effekte von Variabilität im physikalischen Antrieb auf das Budget von Kohlenstoff und Sauerstoff). In diesem bis zum Jahr 2021 laufenden Forschungsprojektuntersucht ein Konsortium von WissenschaftlerInnen des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), des Bremer Zentrums für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) und des Kieler Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung (GEOMAR) zusammen mit ihren KollegInnen von der Universität Namibias und des National Marine Information and Research Centres NatMIRC mögliche Folgen des Klimawandels für das Benguela Auftriebssystem

5. Wochenbericht M157 EVAR

Die Meteorreise M157 ist die erste Feldexpedition des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts EVAR (Das Benguela Auftriebssystem im Klimawandel – Effekte von Variabilität im physikalischen Antrieb auf das Budget von Kohlenstoff und Sauerstoff). In diesem bis zum Jahr 2021 laufenden Forschungsprojektuntersucht ein Konsortium von WissenschaftlerInnen des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), des Bremer Zentrums für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) und des Kieler Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung (GEOMAR) zusammen mit ihren KollegInnen von der Universität Namibias und des National Marine Information and Research Centres NatMIRC mögliche Folgen des Klimawandels für das Benguela Auftriebssystem

Near-surface Heating of Young Rift Sediment Causes Mass Production and Discharge of Reactive Dissolved Organic Matter

Ocean margin sediments have been considered as important sources of dissolved organic carbon (DOC) to the deep ocean, yet the contribution from advective settings has just started to be acknowledged. Here we present evidence showing that near-surface heating of sediment in the Guaymas Basin, a young extensional depression, causes mass production and discharge of reactive dissolved organic matter (DOM). In the sediment heated up to ~100 °C, we found unexpectedly low DOC concentrations in the pore waters, reflecting the combined effect of thermal desorption and advective fluid flow. Heating experiments suggested DOC production to be a rapid, abiotic process with the DOC concentration increasing exponentially with temperature. The high proportions of total hydrolyzable amino acids and presence of chemical species affiliated with activated hydrocarbons, carbohydrates and peptides indicate high reactivity of the DOM. Model simulation suggests that at the local scale, near-surface heating of sediment creates short and massive DOC discharge events that elevate the bottom-water DOC concentration. Because of the heterogeneous distribution of high heat flow areas, the expulsion of reactive DOM is spotty at any given time. We conclude that hydrothermal heating of young rift sediments alter deep-ocean budgets of bioavailable DOM, creating organic-rich habitats for benthic life