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电容去离子技术(Capacitive Deionization,CDI)是一种低能耗、低成本、绿色环保的新兴脱盐技术,且拥有离子级别的可操作性,在水处理领域具有无限的发展潜力,目前对其研究主要集中在电极材料、器件结构、理论模拟等方面。滤芯材料大部分为多孔材料,且部分材料具有特殊的分离功能,将滤芯材料结合到电容去离子技术中可以给二者带来更多的可能性。本文从器件结构和电极材料角度入手,把特定滤芯材料及其衍生物应用到电容去离子技术中,旨在发掘CDI新器件在水资源合理利用中的潜能,并且寻找更环保的电极材料:从器件结构角度出发,将具有一、二价离子分离功能的纳滤滤芯材料与CDI器件相结合,充分利用CDI可低能耗进行离子吸脱附的优势,发展可实现一二价离子高效分离的低能耗新型CDI衍生器件(Capacitive Deionization with Nanofiltration,NFCDI)。对添加纳滤滤芯前后CDI对一二价离子的吸附能力进行了实验和理论的研究,得出成功分离的关键是离子扩散系数的差异。实验得到NFCDI分离一二价离子的最佳吸附时长是1.5小时,可将等离子浓度混合溶液中一二价离子的浓度比提升三倍。NFCDI表现出了比传统NF更高的分离率和更低的能耗(~0.2 kWh/m~3)。该工作推动了CDI在水资源合理利用和废水成分回收中的应用。从电极材料角度出发,将不可自然降解的香烟滤芯材料,经碳化、活化等工艺,衍生出三维立体多孔活性碳材料,在CDI中作为电极材料使用。实验发现700℃活化的样品具有高比表面积(1485.14 m2/g)、适宜的微孔和介孔分布、高比电容(109.65 F/g)、低内阻等特征,并且在CDI脱盐测试中表现优异(脱盐率达到12.4 mg/g,电荷效率达到75.8%)。该工作变废为宝,并在一定程度上降低了CDI电极材料生产成本。