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江蘇化工網(wǎng) 行業(yè)資訊 科技創(chuàng)新 電容去離子技術(shù)獲進(jìn)展　提升海水脫鹽性能
電容去離子技術(shù)獲進(jìn)展　提升海水脫鹽性能
  發(fā)布日期：2022-06-24

近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所基于電容去離子技術(shù)發(fā)展了三維泡沫集流體用于海水淡化，利用其獨(dú)特的泡沫結(jié)構(gòu)增強(qiáng)集流體與碳漿料之間的電荷傳輸能力，大幅度提高海水脫鹽性能。

研究人員發(fā)展了一種三維泡沫結(jié)構(gòu)式集流體來(lái)增強(qiáng)流動(dòng)電極電容去離子技術(shù)(FCDI)的脫鹽性能，利用其復(fù)雜的傳質(zhì)孔道、孔道內(nèi)較小的電荷傳輸距離和泡沫表面較大的電荷傳輸面積來(lái)提高集流體對(duì)碳漿料的電荷傳輸。

與傳統(tǒng)FCDI裝置相比，新型三維泡沫集流體取代了傳統(tǒng)的二維平面集流體，這使得流道內(nèi)的碳漿料能夠更好地完成電荷傳輸過(guò)程，提高了FCDI裝置脫鹽能力。對(duì)不同孔徑的集流體進(jìn)行電場(chǎng)和流場(chǎng)模擬發(fā)現(xiàn)，孔徑在30孔隙密度(ppi)時(shí)，泡沫集流體擁有較少的低流速區(qū)域和較大的有效電荷傳輸區(qū)域。同時(shí)，在脫鹽實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，30ppi的泡沫集流體具有3.29微摩爾/平方厘米·分鐘的平均脫鹽速率和93%的電荷傳輸效率。

研究人員進(jìn)一步對(duì)模擬海水、南海和黃海海水分別進(jìn)行脫鹽測(cè)試，結(jié)果表明三維泡沫集流體FCDI裝置具有優(yōu)異的海水淡化性能，脫鹽率達(dá)到99.9%，能成功將海水淡化。該工作對(duì)后續(xù)電容去離子技術(shù)在凈水領(lǐng)域的發(fā)展和工業(yè)化推進(jìn)具有深遠(yuǎn)意義。

相較于傳統(tǒng)的反滲透和電滲析技術(shù)，電容去離子技術(shù)(CDI)作為一種新興的海水淡化技術(shù)，擁有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，如高效的能源利用效率、相對(duì)較低的造價(jià)成本及對(duì)環(huán)境十分友好，近年來(lái)受到研究人員的廣泛關(guān)注。其中，F(xiàn)CDI作為電容去離子技術(shù)的分支，利用活性炭水溶液在裝置內(nèi)形成雙電層吸附鹽離子的原理，憑借著偽無(wú)限吸附容量和較高的鹽離子吸附速率，被認(rèn)為是進(jìn)行高效海水脫鹽和資源富集濃縮的強(qiáng)有力技術(shù)。然而，目前的FCDI工藝仍存在電荷傳輸面積有限和電荷傳輸距離較大等問(wèn)題，削弱了集流體對(duì)活性炭水溶液的電荷傳輸能力，降低了FCDI裝置的脫鹽性能。因此，對(duì)集流體進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而擴(kuò)大電荷傳輸面積和減小電荷傳輸距離，對(duì)提高FCDI脫鹽性能和推動(dòng)海水凈化工業(yè)化進(jìn)程至關(guān)重要。

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