流動電極電容去離子技術(shù)研究進(jìn)展

雍天智，李 陽，陸建剛，林若昀，吳俊升，左曉俊

（1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京 210044；2.江蘇省大氣環(huán)境監(jiān)測與污染控制重點實驗室，江蘇南京 210044；3.江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210044）

為解決上述不足，流動電極電容去離子（Flowelectrode capacitive deionization，F(xiàn)CDI）技 術(shù) 應(yīng) 運(yùn) 而生〔6〕。FCDI技術(shù)以流動電極代替固定電極吸附水中離子，在運(yùn)行過程中電極懸浮液不斷循環(huán)流動并在電極室外脫附再生，因此可以實現(xiàn)脫鹽性能的提高和系統(tǒng)的長期連續(xù)運(yùn)行。近年來，F(xiàn)CDI領(lǐng)域的研究熱度不斷上升，以“flow-electrode capacitive deion?ization”為關(guān)鍵詞在Web of Science中搜索可以發(fā)現(xiàn)論文發(fā)表數(shù)量和被引頻次均逐年遞增（截止至2021年11月）（圖1）。研究者們從基本運(yùn)行機(jī)理、裝置構(gòu)型設(shè)計、電極材料開發(fā)和潛在應(yīng)用拓展等方面開展了大量工作，研究展示了FCDI技術(shù)在水處理領(lǐng)域的良好應(yīng)用前景。筆者對FCDI技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述，主要介紹FCDI技術(shù)發(fā)展歷程及運(yùn)行原理，分析影響其脫鹽性能的關(guān)鍵因素，回顧近年來在不同領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合其優(yōu)勢，提出未來可行的發(fā)展方向。

圖1 Web of Science 中關(guān)于FCDI技術(shù)的科研論文發(fā)表情況Fig. 1 Publications of FCDI technology in web of science

1 FCDI技術(shù)的發(fā)展歷程及運(yùn)行原理

自20世紀(jì)60年代以來，CDI技術(shù)被廣泛研究并應(yīng)用于脫鹽領(lǐng)域，但是其在吸附過程中常會產(chǎn)生共離子效應(yīng)從而導(dǎo)致電荷效率的下降。J. B. LEE等〔7〕在2006年提出膜電容去離子（Membrane capacitive deionization，MCDI）技術(shù)，通過在CDI裝置的電極表面增加陰陽離子交換膜以避免共離子效應(yīng)。然而，無論是CDI技術(shù)還是MCDI技術(shù)，它們的脫鹽性能仍然受制于固定電極有限的吸附能力，這使得其僅適用于中低濃度鹽水淡化。……