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随着人口和经济的增长,全球对水资源的需求与日俱增;但由于植被破坏、水体污染等原因,人类可利用的水资源却在不断减少,这导致水资源供需矛盾日益加剧。鉴于地球上具有储量丰富的海水和苦咸水资源,通过脱盐技术生产淡水成为解决这一矛盾的有效途径。电容去离子(Capacitive deionization,CDI)是一项基于电吸附原理的新型脱盐技术,具有常温常压和低电压操作、环境友好以及能量效率高等特点。电极是CDI的关键组件,电极材料的表面性质和结构对CDI的性能具有显著影响。本文旨在通过调控CDI电极材料的表面性质、制备新型的CDI电极材料并结合不同的操作方式提高CDI的脱盐量、电荷效率和循环稳定性并降低其能耗,主要研究内容和结论如下:(1)采用经过硝酸处理的活性炭纤维(ACF-HNO3)作为阴极、未处理炭纤维(ACF)作为阳极,组装了非对称的CDI模块(N-CDI)。硝酸处理在ACF表面引入了大量带负电的官能团,使其零电荷电位发生正向移动从而表现出良好的阳离子选择性,因此当被用作阴极时,ACF-HN03电极能够有效避免同性离子排斥效应,从而使N-CDI的脱盐性能远优于两极均为未处理ACF的模块。在500mg/LNaCl和1.2 V的电压下N-CDI的脱盐量可达12.8 mg/g,电荷效率最高可达91.1%。(2)分别对活性炭(AC)进行了季铵化聚(4-乙烯基吡啶)(QPVP)修饰和硝酸处理,并将所得到的AC-QPVP和AC-HN03电极组装成非对称的CDI模块(Q-N)。由于Q-N的两电极上分别带有大量的正电荷和负电荷,在反式操作中其操作电压窗口可达1.4 V,脱盐量接近两极均为未处理AC的普通CDI(AC-AC),但其循环性能远优于AC-AC;当对Q-N在吸脱附过程中分别施加正反电压时,其操作电压窗口可达2.4 V,在1.2/-1.2V的电压下脱盐量可达20.6mg/g。(3)制备了具有赝电容性质的MnO2作为阳极材料,并与AC-QPVP电极组装成一个无离子交换膜的杂化CDI体系。在操作过程中,该体系表现出反式的脱盐性能,其操作电压窗口可达1.4 V,在500 mg/LNaCl和1.4/0 V的电压下其脱盐量可达14.9 mg/g。该体系避免了碳基阳极的使用及其氧化对脱盐性能的影响,因此表现出了远优于AC-AC的循环稳定性,在1.0/0V的电压下循环350次后,其脱盐量保持率可达95.4%。(4)通过对淀粉直接进行碳化和KOH活化制备了具有高比表面积的多孔碳纳米片(PCNSs)用作CDI的电极材料,并将太阳能电池和CDI结合组成一个复合脱盐体系,系统研究了该体系的脱盐性能、能耗和能量回收。PCNSs的超高比表面积为离子吸附提供了足够多的位点同时其片状结构有利于离子的快速传输,因此在500 mg/LNaCl和～1.1 V的电压下PCNSs的脱盐量可达15.6 mg/g,而该复合脱盐体系的能耗最低为96 kJ/mol,能量回收最高可达55.6%。