由于水污染日益加剧,可利用的淡水资源逐渐减少,所以研究绿色高效的脱盐技术是解决淡水资源短缺的重要途径。常见的脱盐技术如蒸馏、反渗透、电渗析等普遍存在高成本、高能耗、二次污染等问题,而电容去离子化技术具有能耗低、对环境污染小等优点。电容去离子化技术的原理是基于电化学双电层理论,所以选择比表面积高、导电性好、比电容高、电化学稳定性好的高性能电极材料是获得更好的脱盐效果的关键。碳气凝胶作为唯一可导电的气凝胶,具有比表面积高、导电性好、孔隙率可变化范围广等优点,是理想的电极材料。二氧化锰作为电极材料具有理论比电容高、分布范围广、环境友好性等特点,也一直是研究的热点。本论文制备了碳气凝胶负载二氧化锰的复合材料,并研究其结构和电容去离子化性能。主要研究内容和结论如下:(1)采用溶胶凝胶法制备碳气凝胶,通过电镜分析、氮气等温吸附分析、X射线衍射分析等表征方法研究碳气凝胶的微观结构,通过电化学性能测试研究催化剂浓度、电极质量对碳气凝胶比电容、电化学稳定性等性能的影响,并研究电极制备方式对电容去离子化技术脱盐效果的影响。研究结果表明,碳气凝胶是无序三维孔结构,具有高比表面积、高电导率、孔径小等特点;当催化剂比例R/C为1000时,比电容最大,随着电极质量的增加,比电容逐渐减小;电极采用压片方式制备脱盐效果更好。(2)采用水热合成法制备碳气凝胶负载二氧化锰复合材料,通过结构表征研究二氧化锰在碳气凝胶上的负载情况,通过电化学性能测试研究负载量对复合材料比电容、电化学稳定性等性能的影响,并研究负载前后脱盐效果的变化。研究结果表明,二氧化锰均匀的负载在碳气凝胶上,随着负载量的增加比表面积逐渐减小,比电容先增大后减小,当KMn O4/CA为2时,比电容最大为164 F/g,并且复合材料具有很好的循环稳定性,碳气凝胶负载二氧化锰之后比吸附量从18.71 mg/g增加到23.84 mg/g,提高了27%。(3)将复合材料用于电容去离子化技术,研究进水浓度、电压、电极距离等运行条件对脱盐效果的影响,并用吸附动力学分析脱盐过程。研究结果表明,当进水流速为10 m L/min,电压为1.2 V,进水方式为上流式进水时脱盐效果最好;电极距离越小,脱盐效果越好;随着进水浓度的增加,比吸附量越大;当电源断开后,吸附在电极上的离子可以完全脱附,说明电极具有很好的可再生性能;离子吸附基本符合准二阶动力学拟合,吸附速率由液膜扩散、表面吸附和内部扩散共同影响。(4)将复合材料用于模拟苦咸水、模拟重金属废水及实际海水的处理,研究结果表明,复合材料对模拟苦咸水的比吸附量比中性水低,而且需要消耗更多的能量;复合材料对模拟重金属废水有很好的脱盐效果,Cu2+的脱盐效率接近于100%;复合材料对海水也有很好的脱盐效果,比吸附量可以达到201.72 mg/g。