电容去离子(Capacitive deionization, CDI)脱盐是一种新兴的、环境友好型水处理技术。与蒸馏、反渗透等传统脱盐技术相比,CDI是在电场力的作用下,直接将水中离子吸附分离出来,而不是把水从原水中分离出来,无需高温、高压,因而具有低能耗、低污染、低成本等技术优势,越来越受到国内外学者的关注。针对目前CDI技术脱盐效率不高、提升CDI脱盐性能的机理尚不完善等不足,首先构建了流通式电吸附除盐实验装置,并利用该装置进行了传统CDI脱盐性能、工艺条件的优化等实验研究。在此基础上,进行了传统CDI脱盐技术的强化与改进,以及提升CDI脱盐效率与降低能耗的实验研究与机理分析。研究结果对完善CDI脱盐技术体系,提高CDI脱盐效率及CDI大规模开发利用有所裨益。主要研究内容与结果如下：将活性炭粉末、粘结剂PVDF和导电剂石墨粉的组分按85：10：5的质量配比,在石墨板(集流板)上涂覆制备CDI用活性炭涂层电极。经BET和DFT材料比表面积与孔径分布测试后,测试结果表明电极涂层材料活性炭的比表面积为1770m2/g,中孔分布约占总孔径分布的35%；对所制备电极的SEM图像与EDX分析表明,粘结剂PVDF与活性炭粉末完整地粘结在集流板上,电极性能稳定。通过Box-Behnken实验设计,分别以电吸附量和能耗为评价指标,根据响应面(RSM)理论构建了二次响应面优化模型；方差分析表明模型显著性、准确度和可信度均较高；根据RSM法优化结果,选择电源工作电压1.57 V、溶液初始浓度1000 mg/L、溶液流速25 mL/min、极板间距2 mm,在此条件下可获得最大的电吸附量为10.53 mg/g,而选择电源工作电压1.38 V、初始浓度900 mg/L、溶液流速40 mL/min、极板间距2mm可获得吸附去除单位质量NaCl最小的电能消耗9.81kWh/kg,两者均与模型预测值(10.60 mg/g和9.13 kWh/kg)相吻合,表明基于RSM的CDI工艺优化是可行且有效的。综合考虑脱盐效果与电能消耗,采用工作电压1.3-1.6 V、原水初始浓度800-1000 mg/L、溶液流速25-40 mL/min、极板间距2mm的运行参数,CDI脱盐过程是最经济高效的。以KOH为活化剂,在850℃活化温度、1h活化时间的活化条件下,二次活化改性电极涂层材料活性炭,使涂层材料的比表面积从1770 m2/g增至1902 m2/g,改善了孔径分布(中孔比例由35%提升到41%),以此涂层材料制备的电极活性更高,比电容量由73.62 F/g增至97.71 F/g,电极的电吸附量为12.73 mg/g,较改性前提高了20.9%。通过在CDI模块内加入阴阳离子交换膜,采用MCDI强化脱盐,活性炭电极的电吸附量与脱盐率分别为13.78 mg/g与41.34%,较传统CDI的电吸附量与脱盐率提高了30.8%,且离子交换膜的引入并未改变其吸附机制与吸附方式。在改性电极涂层材料基础上,通过在CDI装置中加入离子交换膜组成MCDI,进一步强化CDI脱盐,电吸附量与脱盐率分别为14.75 mg/g和44.26%,较传统CDI的电吸附量和脱盐率提高了40%,并且在相同工艺条件下,吸附去除单位质量NaCl的能耗由CDI的12.24 kWh/kg降至11.01 kWh/kg,下降了10%。根据电极电压与电源电压、极板间距、溶液浓度及电流密度等因素的关系,推导了计算CDI电极电压的公式；由该计算式所揭示的电源电压、极板间距及电流密度等之间的规律可知：当含盐废水初始浓度较高时,为了既保证脱盐效果又节省能耗,可适当选择较低电源工作电压或采用较大的极板间距；而处理低浓度含盐废水时,则需在保证不发生电极反应的前提下,尽可能增大电源电压并缩短极板间距。通过CDI用活性炭电极的Nyquist阻抗图谱分析了CDI系统的阻抗与近似等效电路,证实了由于浓差极化作用产生的极化电阻的存在,实际CDI研究中可通过增大溶液流速、增强电极表面活性、增大电极有效面积、缩小电极板间距等,减弱浓差极化效应,减小极化电阻,提升脱盐效果并降低吸附去除单位质量盐离子的能耗。另外,电极的CV曲线测试分析表明,离子的吸附去除是由于电场静电力作用,而非发生了电化学氧化还原反应。利用准一级和准二级吸附动力学模型以及Langmuir和Freundlich吸附等温方程,探讨了CDI脱盐的吸附机制。结果表明：NaCl在活性炭涂层电极上的电吸附符合准一级动力学模型与Langmuir吸附等温模型,属于单分子层吸附,且以物理吸附为主；工作电压和溶液初始浓度的升高会加快离子迁移速率,提升脱盐效率,使吸附平衡时电极的电吸附容量增大。综上,通过CDI工艺运行参数的合理调控优化、电极材料的改性、MCDI强化脱盐可以有效提升脱盐效率并降低能耗；关于强化CDI脱盐的机理分析,对CDI技术的进一步开发利用有所裨益。