电容去离子技术(capacitive deionization,CDI)是一种新兴的水处理技术,近年来逐渐得到广泛的关注。其利用带电电极吸附水中带电粒子和离子,使带电粒子和离子富集,浓缩于电极表面,以去除水中的可溶性有机物和无机盐,达到净化水体的目的,常用于苦咸水除盐和饮用水软化等。电容去离子技术与传统的除盐技术相比具有能耗小、成本低、无二次污染、操作容易、运行方便等优点,电容去离子技术的特色和优势明显,具有良好的发展潜力和应用前景。对电容去离子技术的理论基础和实际应用进行深入的研究和探讨,不仅具有重要的理论意义,而且对实际应用具有一定的指导作用。本文以活性炭纤维(ACF)作为吸附电极,以不锈钢丝网作为集电极,自行制作和设计电容去离子模块和循环式脱盐装置。通过电镜扫描(SEM)、氮气吸附/脱附、循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)对ACF电极进行测试及表征,并系统分析了工作电压、初始浓度、电极间距、循环流速对ACF电极电容除盐性能的影响,确定最佳工作条件,并在最佳工作条件下进行连续的电吸附/脱附实验,然后对循环使用的电极进行测试和表征。结果表明:在本实验条件下,随着氯化钠溶液初始浓度的增大电极的除盐量变大,电极达到吸附平衡的时间变短,但除盐率随之降低;吸附量和吸附率随着工作电压和循环流速的增加而增加;在1到4mm的间距范围内,2mm为最佳的电极间距。由此得到的最佳工作条件为:电压1.5V、循环流速20ml/min、电极间距2mm。在最佳工作条件下,在初始浓度为100μS/cm的氯化钠溶液中连续进行15次的电吸附/脱附循环实验,证明活性炭纤维电极电容除盐具有良好的重复性和稳定性,在15次的循环使用中除盐率从最初的85%小幅下降至81%。对比未使用ACF电极和在氯化钠溶液中经过15次循环使用之后电极,可以发现循环使用的电极的微观形貌几乎没有变化,但比表面积和比电容均略有下降,电极阻抗略有增加。通过动力学模拟,在最佳工作条件下ACF电极对初始浓度100μS/cm的氯化钠溶液电容除盐过程遵循准二级动力学模型,通过等温模型分析,除盐过程符合Langmuir等温模型,属于单分子层吸附,符合理想双电层电容吸附方式。为进一步研究氯化钠溶液中可溶性有机物和重金属离子对电极造成的污染,在氯化钠溶液中分别加入微量的苯甲酸、腐殖酸和铜离子,研究这些物质对CDI除盐性能的影响和对电极造成的污染,并通过电镜扫描(SEM)、氮气吸附/脱附、循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)对电极的污染特性进行测试及表征。结果表明:当溶液中有苯甲酸、腐植酸和铜离子存在时,电极在长期运行的过程中会受到污染,除盐率随着循环次数的增加而逐渐降低,且污染物浓度越高除盐率下降越大;电极被不同污染物污染后,其电吸附性能呈现不同变化趋势的下降,污染电极表面存在颗粒状和片状的有机污染和无机结垢;苯甲酸污染会引起孔隙堵塞致使比表面积下降了 10.8%,而腐植酸和铜离子对比表面积影响较小;电极受苯甲酸和腐殖酸污染后,因比表面积减小而引起其比电容降低,分别下降了43.3%、18.8%;而电极受铜离子污染后,因其有效吸附点位的减少使得比电容下降了 37.2%;电极被污染后,其表面或孔隙内污染物阻碍了电子在纤维丝间的传递,导电性能下降。