1、电吸附除盐中电极材料的应用进展摘要：电吸附除盐具有高效节能、无二次污染、电极再生方便等优点，其发展主要体现在电极材料的改进，文章主要介绍了电吸附电极材料的发展和应用。 关键词：电吸附，除盐，电极材料，发展 中图分类号：TM924.11 文献标识码： A 文章编号： 面对淡水资源的短缺，需要进行开源节流，而针对水处理除盐的研究势在必行。其中，电吸附作为一种新型除盐方式而倍受关注。 1.电吸附除盐的原理特点 电吸附是将电化学理论和吸附分离技术相融合，利用外接直流电源产生的电场，使在电极间流动溶液中的无机离子向带有与自身电荷相反的电极移动，从而被电极表面产生的双电层吸附去除，见图 1-1。吸附饱和后
2、，断电短接，即可实现电极的再生。1该方法除盐效率较高、能耗低、无二次污染、电极再生方便。 图 1-1 电吸附除盐原理图 2.电极材料的应用进展 电吸附除盐的进展主要表现在电极材料的改善1。其发展经历了最初的石墨、活性炭颗粒到活性炭纤维，最后改进为碳气凝胶和纳米碳管等2。 2.1 活性炭颗粒（GAC） 活性炭颗粒3晶体表面碳原子与体相碳原子的能级状态不同。它具有很大的比表面积和吸附容量，并且易于获取，价格低廉，可作为一种理想的电极材料进行探讨。 其中，Basova 对苯酚和苯甲酸的电吸附特性进行了说明。Tomit 等利用催化活化的方法加工得到了中孔容积和中孔比表面积都非常理想的活性炭。2000
3、年，Ahmad Alfarra 等探讨了以 GAC 为电极、以 Li 为去除对象的吸附原理。Ban、Schafer 和 Wendt 研究了 GAC 用作电极时，对工业废水中无机离子的去除。研究显示，活性炭有一定的除盐效果，但其电阻和传质阻力都比较大，阻碍了其发展。 2.2 活性炭纤维（ACF） 活性炭纤维具有微细的纤维丝和发达的孔隙结构，并以微孔、亚微孔为主。ACF 具有很大的比表面积，这样就保证了对溶液中的无机离子的充分接触和吸附，吸附速度加快，除盐效率比起活性炭颗粒得到大幅提高。此外，由于其体积密度、扩散阻力和动力消耗都比较少，可对有粘性的胶体状物质实现吸附去除。 活性炭纤维电吸附可以用来
4、处理含微量硫离子的工业废水。John Card C 依据 ACF 复杂的物理特性，建立了其电极电容电位分布的数学模型。Chen 等3发现在正向极化的情况下，电流对吸附除盐几乎没有影响；但当负向极化时，除盐效率与电流息息相关。Ryoo 等对 ACF 进行了改性的实验探讨研。结果显示，对活性炭纤维进行金属钛醇盐的改性后，其电吸附性能显著提高。Afkhami 等研究了活性炭纤维布为电极时对过渡金属元素离子的分离和吸附去除。他还有项研究显示36，活性炭纤维布对 NO3-和 NO2-的电吸附去除效果非常理想，并且当外接电流为正时，吸附效果变好，其中对亚硝根的最大去除率高达 60%。而 Conway 的研
5、究发现,在多种离子共存的条件下，硝酸根离子和亚硝根离子比起钙镁离子及硫酸根碳酸根离子有更好的去除效果。 2.3 碳气凝胶 1987 年，碳气凝胶3被成功研制于美国 Lawrence Livermore 国家实验室。它是一种新型的多孔炭材料，内部包含着大量的纳米开孔（330nm）和中孔（50nm） ，其比表面积大（4001100m2/g） ，电导率高(10100S/cm) ，密度也大，孔隙结构的分布可调控，是一种非常理想的电吸附电极材料。并且，能够处理很多不同类型的离子。 其中，Pekala 研究了炭气凝胶的合成、构造及性能。Yang C M 等利用炭气凝胶和硅凝胶的复合材料做电极，这使电极的吸
6、附性能和机械性能得到改善，且生成电极的时间较前减半。Farmer 等对炭气凝胶进行串联，研究了对水中氯化钠和硝酸钠的吸附去除，最大去除率可达 90%以上。秦仁喜等在常压下以干燥的方式制备碳气凝胶，并探究了其微观的形貌特性，并以此作为电极，研究其对 NaCl 溶液的电吸附除盐，结果显示，碳气凝胶的比表面积和电导率是影响其除盐性能的最主要因素。Gabelich 等发现了其对无机离子的吸附选择性与离子的水合半径有关，其中一价离子更易被去除。 2.4 纳米碳管 纳米碳管是一种针状管形碳单质，1991 年由日本电器公司电镜专家Sumio lijima 首次在高分辨透射电镜下发现，具有很大的比表面积和良好
7、的导电导热性。其表面有丰富的官能团，经处理后表面和部分内腔均可被利用，这种独特的孔隙结构和比表面积的高效利用决定了其作为电极材料的优越性。Wang X Z4利用纳米碳管和纳米碳纤维复合薄膜为电极，对水中离子进行吸附除盐研究，通过对孔径结构分布的改善，能循环制得纯水。但该材料制备麻烦，成本极高，规模小，限制了其发展应用。 2.5 化学修饰电极 化学修饰电极5是在电极表面通过共价键合、吸附、聚合等手段有目的地引入某种功能性物质，提高电极对离子的选择性，使其获得特定的电化学性质，以提高电吸附除盐效率。Min-Woong Ryoo 等6在活性炭电极表面引入 Ti、Zn、Al、Si 的醇盐，结果显示，T
8、iO2 的加入能使除盐效率大幅提高。 3.结论和展望 由于炭材料具有良好的导电性，发达的孔隙结构，巨大的比表面积，且性质稳定，是电吸附除盐中最重要的电极材料。而我国的电吸附除盐技术发展相对滞后，今后，应在电极材料方面进行更多的研究和探索，以寻找更容易获取、价格更低廉、吸附性和导电性更优秀的材料作为电极。 参考文献： 1孙晓慰,朱国富.电吸附水处理技术及设备J.工业水处理,2002,22(8):1-3,40. 2 范丽,周艳伟,杨卫身等.炭材料用作电吸附剂的研究与进展J.新型炭材料,2004, 19(2):145-150. 3李定龙,申晶晶,姜晟,孙晓慰.电吸附除盐技术进展及其应用J.水资源保护
9、,2008, 24(4): 63-66. 4Wang X Z, Li M G.Electrosorption of ions from aqueous solutions with carbon nanotubes and nanofibers composite film electrodesM.Applied physics letters, 2006,89. 5尹广军,陈福明.电容去离子研究进展.水处理技术,2003,29(4):63-66. 6Min-Woong Ryoo, Jong-Ho Kim, Gon Seo.Role of titania incorporated on activated carboncloth for capacitive deionization of NaCl solutionJ.Colloid and Interface Science,2003,264(2):414-419. 作者简介：胡冰君（1988-）女，汉族，陕西西安人，西安建筑科技大学环境与市政工程学院，市政工程专业，2010 级硕士研究生
