【摘 要】
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随着人口的快速增长、城市的现代化发展以及显著的气候变化,淡水资源的短缺问题愈发明显。因此开发利用新型水再生处理技术对缓解淡水资源短缺危机具有划时代的重要意义。本文通过氧化还原法与微波溶剂热法制备磁性还原氧化石墨烯材料（mr GO）,并以其作为电容电极材料,在外磁场控制下与泡沫镍集流体结合,构建了新型磁控电容去离子（mcCDI）系统,通过研究mcCDI系统运行条件及去离子效果,阐明了该系统去离子的主
【基金项目】
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河北省自然科学基金（E2020201036）； 国家自然科学基金（51308179）；
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随着人口的快速增长、城市的现代化发展以及显著的气候变化,淡水资源的短缺问题愈发明显。因此开发利用新型水再生处理技术对缓解淡水资源短缺危机具有划时代的重要意义。本文通过氧化还原法与微波溶剂热法制备磁性还原氧化石墨烯材料（mr GO）,并以其作为电容电极材料,在外磁场控制下与泡沫镍集流体结合,构建了新型磁控电容去离子（mcCDI）系统,通过研究mcCDI系统运行条件及去离子效果,阐明了该系统去离子的主要途径及工艺原理,并初步探讨了mr GO电极材料的再生过程。得到了以下主要研究成果:（1）采用改良Hummers法制备了氧化石墨烯（GO）,以其作为流动电极搭建流动电极电容去离子（FCDI）装置,研究对比了装置在不同类型离子交换膜及电压下的去离子效果。采用FCDI装置处理模拟含盐废水,在使用非均相离子交换膜且电压为1.2 V时,30 min后电导率由4.29 m S/cm降至3.56 m S/cm;在使用均相离子交换膜且电压为1.5V时,30min后电导率由3.58 m S/cm降至3.06 m S/cm,通过实验数据分析出CDI装置中电极材料性能的重要性。（2）为了进一步提高CDI工艺去离子效能,探索制备具有优秀分散性、导电性与磁性的新型CDI电极材料。首先采用改良Hummers-水合肼法制备了还原氧化石墨烯（r GO）,然后用微波溶剂热法将Fe3O4磁性纳米粒子附着在r GO表面,成功制备了mr GO材料,并对其进行表征,表征结果显示,mr GO上附着均匀分布的粒径约为12nm的Fe3O4纳米粒子,在水中分散性较好,且具有较强磁性。（3）以mr GO为电极材料搭建了mcCDI反应器,处理模拟含盐废水,在不同运行条件下研究了流速、电压、初始盐浓度和mr GO用量对脱盐效果的影响,解析了mcCDI装置去离子的主要影响因素,优化了反应器的运行方式。在进水流速为9.6m L/min、电压为0.1 V（0.4 A）、初始氯化钾浓度为2.0 g/L、mr GO填充用量为0.5 g时,处理5、10、30 min后,离子去除率分别达到了48.0%、52.0%与59.2%。随后对含铅高盐实际工业废水进行处理,处理时间为30 min,进水电导率由3.89 m S/cm降至2.23m S/cm,盐离子与铅离子去除率分别为42.7%与83.5%,铅离子的浓度降至0.021 mg/L,达到了排放限值。（4）为提升mcCDI系统连续脱盐性能及再生效率,通过短时间撤去外磁场,更新mr GO电极材料的方式,实现脱盐过程的连续运行,同时收集吸附平衡的mr GO,通过电渗析装置（EDI）对其进行电再生,再生效率达97.1%。本论文构建的新型mcCDI系统具有低耗高效连续稳定脱盐的特性,无须使用离子交换膜,通过外磁场控制mr GO材料的附着与脱离,解决了传统CDI工艺无法连续脱盐,且电极再生困难的问题,为高盐度废水的去离子处理提供了技术与方法参考。
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