电容去离子（Capacitive deionization,CDI）是一种基于超级电容器原理发展起来的脱盐技术,其核心结构由一对或多对涂覆有活物质的电极及其中间的水道构成。当前,CDI电极上使用的活性物质种类很多,有金属氧化物、导电聚合物等,其中最常用的是制备简单、价格便宜、性能优异的炭材料。然而在运行过程中炭材料很容易发生电腐蚀,降低了CDI长时间脱盐的稳定性,使得CDI技术在实际应用中受到了限制。所以,通过对CDI系统结构、运行方式和电极材料进行改进,提高CDI系统长时间脱盐的稳定性,对实现CDI技术的商业化应用具有十分积极的意义。本论文首先分析了影响CDI长时间脱盐稳定性的因素,并在此基础上,通过优化电极材料和CDI的结构,来解决CDI长时间脱盐稳定性的问题。主要工作如下:1.以活性炭作为电极材料,进行CDI的长时间脱盐实验（50次充电-放电循环）,并检测长时间运行过程中脱盐容量的变化和首周吸附-脱附过程中pH值的波动。结果表明,CDI长时间运行过程中脱盐容量会不断地下降,而且在充电过程中发生了影响pH值变化的副反应。为研究副反应与脱盐容量变化之间的关系,采用了一系列表征手段来分析长时间脱盐前后电极材料的结构、元素组成和电化学性能。此外,通过在CDI模块中引入阴离子交换膜,分析溶解氧对正极炭材料的影响。结果表明,在CDI的长时间脱盐过程中,造成CDI脱盐容量下降的直接原因是正极炭材料被氧化,而正极炭材料的氧化则是由脱盐过程中的副反应造成的。2.在阴离子交换膜-CDI中,以活性炭作为正极材料,分别以活性炭和炭球作为负极材料进行长时间脱盐实验。发现两个系统呈现出不同的电吸附趋势,前者的脱盐容量出现下降,而后者的脱盐容量增强。通过比较运行前后负极炭材料的结构、比表面积和零电荷电位变化,发现两个系统脱盐容量的不同主要是由负极炭材料被氧化导致的。负极炭材料被氧化,使得活性炭的比表面积下降,也会使得炭球的零电荷电位从0.09 V上升至0.32 V。在此基础上,我们研究了一种通过使用低零电荷电位负极材料来提高阴离子交换膜-CDI脱盐容量的方法。3.以三聚氰胺、间苯二酚和甲醛水溶液制备树脂球,然后热处理得到含氮的炭球。在对含氮炭球进行一系列电化学测试后,发现1000℃处理得到的炭球具有最好的氧还原能力,表明提高材料的炭化温度,有助于增强材料的氧还原能力。同时,实验结果也表明,炭化温度对电极材料的的比电容也有十分重要的影响,特别是温度超过800℃后,电极材料的比电容会因为材料比表面积的降低而降低。因此,综合考虑材料的氧还原能力和比电容,使用800℃处理得到的炭球作为负极材料,与活性炭组成杂化CDI,进行长时间脱盐实验。实验结果表明,在保证较高脱盐容量(3.6 mg g^-1)的同时,由于负极的含氮炭球能促进溶解氧的还原反应,因此,CDI长时间脱盐的稳定性得到了提升,其脱盐容量的保持率可达到79.6%。4.通过还原铁氰化镍和氧化石墨烯的混合物,制备了一类新的电池型电极材料,其中,通过优化铁氰化镍和氧化石墨烯的比例,得到电化学性能最优的复合物。以其作为负极材料,活性炭作为正极材料,组成杂化CDI测试系统。实验结果表明,与传统CDI(6.01 mg g^-1)比,杂化CDI在首次充放电过程中展现出更优异的电吸附容量(21.4 mg g^-1)。此外,由于使用较低的运行电压（0.6 V）,有效地抑制了运行过程中的副反应,提高了杂化CDI长时间脱盐的稳定性,50次循环后的脱盐容量保持率为60.3%,远高于传统CDI的18.1%。