水，达到了脱盐目的。当吸附达到饱和时，正负电极短接或者反接，电极上吸附的离子就会 被重新释放到溶液中，不需要添加任何化学试剂就实现了电极的再生，这种电极再生过程中 也不存在二次污染[11]。

1。3 电容去离子技术

1。3。1  电容去离子技术的原理

电极板两侧施加直流电压后，电极和溶液的交界处会发生吸附作用并形成双电层。当盐 溶液在施加电压的电极间流过时，由于电场作用，阴阳离子分别向相对的电极方向迁移，并 最终被吸附在双电层中。随着时间的推移，吸附过程持续进行直到吸附饱和，此时即完成了 对盐溶液中离子的富集浓缩。当电极吸附溶液中的离子达到饱和后，将正负电极短接或者反 接，这样一来被吸附的离子就会从电极上脱落下来，重新释放到溶液中，电极即实现了再生。 再生的电极可以重新用于电吸附过程。整个 CDI 过程中电极的吸附和再生的过程，其实也是 能量储存和释放的过程。双电层具有电容性，能进行充放电，离子吸附到电极表面的过程属 于充电，脱附的过程就是方法就是放电，双电层得以再生。因为超级电容器与电容去离子技 术都是基于双电层的原理[12]，所以如果电极材料的双电层电容越高，那么其电容去离子率也 越高。

1。3。2  电容去离子的电极材料

CDI 发展的历史可以追述到上世纪 60 年代中期到 70 年代前期。这一概念的最早提出者 是 Caudle 等人[13],他们利用了活性炭粉末制成的多孔碳电极板，并将它置于流动溶液的组件 中以用作脱盐实验。后来，Johnson 等人证实了电容去离子作用是一个可逆的过程[14]。他们这 一观点得益于自身对 CDI 理论基础和不同电极材料的广泛调查以及数据归纳。虽然，Johnson 的科研团队最终因为无法解决实际应用中遇到的电极的不稳定性（尤其是阳极）这一问题， 而不得不暂时终止了当时的研究。但是 Johnson 团队初步的实验和评估证明了，只要找到合 适的、稳定的、高比表面的电极材料，这一高效，低能耗的脱盐技术会取得成功[15]。在他们 实验工作的指引下，CDI 电极材料的研究不断得到发展。

电极材料的结构和表面电荷一定程度上决定材料的电吸附性能。适用于电容去离子的电 极材料应当满足：比表面积大、低电阻(即良好的导电性)、极化性好；在施加的电压区间内不 进行法拉第反应。因此具有大比表面积的碳材料往往是首要考虑的电吸附电极材料[16]。

根据电容去离子技术的双电层理论，最终从溶液中被去除的离子被吸附在电极表面的双 电层中，即电容去离子对离子的去除能力正相关与双电层的吸附能力，因此电容去离子的效 率相当一定程度上依靠于电极材料的性能。综合分析，优异的电吸附电极材料应当满足大比

表面积、强导电性、理想的孔径分布及合适的空间构造等要求[17]。 普通的活性炭在制作成电极材料时，常常会使用高分子粘接材料实现活性炭的粘附，但

是这样一来，由于高分子粘结材料的干扰，再加上活性炭材料粘结过程中存在的空隙，会造 成较高的电阻，所以不利于实际应用。而且，虽然活性炭的比表面积较大，但是其孔径主要 以微孔形式存在，易发生空间上的重叠现象，不利于双电层的形成。如果要解决这个问题就 要从改变其孔径分布入手。另外有研究表明[18],活性炭作为电极材料时，其吸附性能与其表面 上的官能团有关:表面官能团呈现酸性时，电极对碱性物质的吸附能力更好，反之则对酸性物 质吸附能力更强。考虑到活性炭在实际应用中弊端，所以综合的来说可以作为电极材料的碳 素材料，包括玻璃碳（Glass-like carbon）、活性炭粉末（Activated carbon powder）、高密度石 墨（High-density graphite）、活性炭纤维（Activated carbon fiber，ACF）、碳气凝胶（Carbon aerogel）和碳纳米管（Carbon nanotubes）等。