电容吸附去离子方法的研究
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第 ３３ 卷 第 ８ 期
２０
２００７ 年 ８ 月
水处理技术 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＯＦ ＷＡＴＥＲ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．，２００７
电容吸附去离子方法的研究
莫剑雄
（杭州水处理技术研究开发中心，浙江 杭州 ３１００１２）
摘 要： 电容吸附法脱盐是一种新开发的水处理技术， 作者用商品活性炭纤维制成卷式和板式电极。电极间有液体流
用测定汞与溶液之间界面张力的方法研究电吸 附现象。根据李普曼表面张力与电位的关系 ｑ＝ －ｄσ
ｄＥ 可测出表面荷电量 ｑ。σ是表面张力，Ｅ 是电位Baidu Nhomakorabea又从 －ｄ２σ＝ ｄｑ ＝Ｃ＝ Ｄ ，Ｃ 为 １ｍ２ 的电容 、Ｄ 介电常数、
ｄＥ ｄＥ ４πｄ ｄ 平行板电容间的距离，也可认为是双电层的厚度。
实 验 测 出 ， 最 大 电 容 量 阳 离 子 为 １８ ～ ２０μＦ／ｃｍ２，阴离子为 ３６～４０μＦ／ｃｍ２。若以单个电极 施加 １Ｖ 电压，２０μＦ／ｃｍ２ 计算，代入 Ｃ＝ ｑ ，得出
６７ 团可自建电场，吸附反电荷离子。但再生时需用酸或 碱，而活性炭纤维本身不带电荷。外加电压使纤维表 面吸附离子，通过充放电使离子吸附式脱附。这一过 程不消耗酸或碱，只消耗电不产生污染。这是其重要 优点。 ３．２ 卷式装置的试验
用卷式装置进行试验，自来水作原水，用恒电流 仪将电流调节到 ０．４Ａ，测定流出液电导，流量控制在 ４Ｌ／ｈ，电压上升到 ４Ｖ 时停止通电，继而进行短路，试 验曲线如图 ２，多次反复通电可得到类似曲线。
远。标称值是用 Ｎ２ 作为被吸物质吸附在纤维所有的 的表面上，因无电场，也不存在电流的屏蔽效应。而 离子在水中水合 ５～６ 个水分子，体积较大。再加电 场对微孔的屏蔽效应。所以，并非纤维中所有的微孔 都能发挥出吸附作用。
一般离子交换树脂的交换容量为 ２～４ｍｍｏｌ／ｇ。 本实验中电吸附离子量为 ０．３４～０．６１ｍｍｏｌ／ｇ，约为 交换容量的 １ ～ １ 。离子交换树脂因有固定荷电基
早在 ２０ 世纪 ６０ 年代，Ｂ Ｂ Ａｒｎｅｄ 就开始了电 吸附法脱除 ＮａＣｌ 的探索工作［１］，他和 Ｊｏｈｎｓｏｎ 等人 在这方面的工作成果发表在盐水局报告中［２］，由于 当时技术和材料的局限，未达到实用化的目的。现在 电极材料由颗粒活性炭发展到薄型碳膜电极，并可 自动控制充放电和浓淡水的排放和流量控制，使该 技术达到可应用的程度。该方法有的叫电容脱盐 Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ 简称 ＣＤＩ，有的叫静电脱盐 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ 简称 ＥＤＩ，为避免和现在高纯 水制备中的 ＥＤＩ 或 ＣＤＩ 技术相混，作者用“电容吸 附去离子”（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ） 或 “淡化用电容吸附装置 （Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ａｄｓｏｒｂｅｒ ｆｏｒ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，简称 ＣＡＤ）命名。
图 １ 板式电容去离子装置 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｌａｔｅ－ｔｙｐｅ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ
钛板的作用是将电流传导到活性炭纤维上，活 性炭纤维间的聚丙烯网和无纺布的作用是使流体在 其中通过，又不使正负电极相互接触而短路。
卷式电吸附装置是将炭纤维、膨胀石墨、聚丙烯 网剪成长条型，中间的膨胀石墨板留出一端高于碳 纤维，作为导电耳。按以上次序叠起来作为一组，再 将活性碳纤维、膨胀石墨板（置于维维层中间）和聚 丙烯网叠起来作为另一组。把两组电极卷起来，卷 紧，外面再用封箱带包裹，使不松散，如此卷成适当 大小，装于聚氯乙烯园筒容器中，密封，留出膨胀石 墨的导电耳，液体从上面进、下面出。
卷式装置的优点是：制造方便，节约材料，降低 装置的制造成本，但只有一对电极。需用低压大电流 电源。
４结论
电吸附装置是近年来新发展的一种去离子技
术。它独特的优点，已显示出广阔的应用前景。本文
研制的电吸附装置具有良好的脱盐性能，其电吸附
与电脱附的实验曲线与国外资料报导相似。因为在
电耗上与电极性能上仍有差距，所以该工作尚在起
与离子交换技术相比，再生时不消耗药品，只消
耗电流。对进水水质要求较低，不像其他膜法技术，
如反渗透等，需对进水进行严格的预处理而消耗化
学药品。
１．５．２ 能耗低
通过能量回收的方法，可对“充电富集”的能量
加以利用，并且液体通过装置的压力极低。仅克服溶
液在电极间流动的阻力，这部分能耗也很低。
１．５．３ 设备维护简单
附时间为 ４５ｍｉｎ，恒电流 ０．４Ａ，５ 对电极串联。
板式电吸附装置的优点是可对电极进行串联或
并联，并联时用低电压大电流，串联时用高电压小电
流，可降低电源制造的成本。
电容吸附的能耗与通过的电流和电压有关，国
外资料报导，每对电板不超过 ２Ｖ，其电吸附的电流
效率达 ８０％，超过 ２Ｖ 则发生释放 Ｈ２ 和 Ｏ２ 的副反 应。电极用高温炭化的 ０．２～０．３ｍｍ 的炭毡，电阻
低。本试验用低于 ８００℃炭化末形成石墨化结构的
３ｍｍ 厚的活性炭纤维毡，所以电极电阻大，不利于
离子在孔隙中的质量传递和电荷传递，电极施加电
压时，电力线集中在电极表面，为了使深层中的炭纤
维也发挥电吸附作用，使电吸附离子量增大，实验时
每对电极达到 ４～５Ｖ，电流大部分消耗在副反应上，
表 １ 显示，电吸附离子量大时，电流效率就下降。
900 800 700 600 500 400 300 200 100
0 0
100
200
300
400
图 ２ 料液为自来水的充放电曲线图 Ｆｉｇ．２ Ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ ｃｕｒｖｅｓ ｆｏｒ ｔａｐ ｗａｔｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｆｅｅｄ
当吸附电量为 ７７２０Ａ·ｓ 时，分析得出吸附了 ０．０１４３ｍｏｌ ＮａＣｌ， 按 法 拉 第 定 律 算 出 电 量 为 １３８４．７Ａ·ｓ。电流效率为 １７．９４％。
选用南通市活性炭纤维有限公司出产的 Ｖ－ＡＣＦ 型活性炭纤维。比表面积大约在 １０００ｍ２／ｇ， 厚度为 ３ｍｍ。
隔板网材为 ６０ 目聚丙烯网布，再加一层涤纶无 纺布，用 １ｍｍ 厚钛板（用于板式结构），和 １ｍｍ 厚 商品膨胀石墨板（用于卷式结构）作导电材料。
板式电吸附部件的组装顺序为：下压紧板（进 口），中间为由钛板、活性炭纤维、聚丙烯网、无纺 布、活性炭纤维、钛板组成的若干个单元依次排列， 上压紧板（出口），用螺丝固定压紧。把多个钛板用 导线联结，形成并联或串联。组成电容去离子装置 （图 １）。
子交换法不同，过程不消耗酸、碱、盐等化学药品。
１．４ 电吸附过程的能量消耗与能量回收
电容吸附离子过程可简化成只有一个电阻和一
个电容，电吸附过程是一个充电过程，电容器施加的
电压与电量成正比，随着电压的升高，离子吸附量增
多，所以离子的迁移与吸附过程要加以能量 Ｗ。
ｑ＝Ｃ·Ｅ
!Ｅ
Ｗ＝ Ｅ·ｄｑ ０
ｄｑ＝Ｃ·ｄＥ
子释放到溶液本体中，使排出的液体浓度增高，这一 过程称为“放电解吸”。
如此反复的充放电操作，进入脱盐装置的是离 子浓度固定不变的原水，而流出的水中，盐浓度却是 周期性地变化。只要随着通电的变化，同步地将流出 液分别切换流入相应的容器。即可得到除去盐分的 淡水和增浓了盐分的浓水。 １．２ 离子吸附量的计算
! Ｗ＝
Ｅ
Ｃ·Ｅ·ｄＥ＝
０
ＣＥ２ ２
＝ ｑＥ ２
水溶液中，施加的电压不应超过 ２Ｖ，因超过 ２Ｖ
要发生水的电解。电流除消耗在充电过程外，还消耗
在正负电极的释 Ｏ２ 和释 Ｈ２ 的副反应上。 另外，电容器是储存能量的，通过外电路的联接
可回收部分能量。
１．５ 电容吸附去离子技术的特点
１．５．１ 绿色生产过程
道， 组成电容吸附去离子装置。电极充电时对流出的水进行脱盐。电极吸饱离子后电极短路， 排出含高浓度盐分的水。
实验的工作曲线与文章报导的结果相似。由于电极电阻较大， 且活性炭孔径分布不理想， 所以， 在能耗和电吸附量上
与国外有差距， 有待改进。
关键词： 电容去离子； 电容吸附去离子； 静电水净化器； 活性炭纤维电极； 双电层
电容去离子装置的性能测试设备主要包括流量 调节阀与流量计、电导仪、电导池、直流稳流器、数字 万用表等。 ２．２ 试验方法
将上述装置通电并用泵把溶液泵入电吸附去离 子器，用量筒和秒表测量出口的液体流量，当液体量大 时（如低浓度自来水脱盐），用流量调节阀控制流量， 流量计测定进口的流量。大部分试验用电导法测定溶
３．１ 板式电吸附装置的实验
３．１．１ 并联实验
由 ５ 组电极组成（５ 片正极、５ 片负极），自来水
作原水，恒电流 １Ａ 通电，电压上升到 ４Ｖ 停止通电。
３．１．２ 串联实验
板式电极的一头一尾分别接上电源的正负极，
此时因欧姆电阻等原因，施加的电压较高，达 ４０～
５０Ｖ。试验用配制的 ２０００ｍｇ／Ｌ 的 ＮａＣｌ 溶液通电，吸
因电极间流道宽、不易堵塞，一旦污染和结垢可
用酸洗，进水浊度只需小于 ５ＮＴＵ，电极对余氯、硬
度无特珠要求，水质预处理要求低，电极寿命长。
１．５．４ 节省资源
排出的浓水仅占原水的 ３０％，并且溶液在电极
上不发生水的电解反应，仅增加原水盐浓度，此水可
作低档用水或作别的用途加以利用。
２ 试验装置和方法
２．１ 电容去离子装置的组成与结构
１ 原理与特点
１．１ 离子的充电富集与放电解吸 该技术的原理是在电极两端施加电场，使正负
离子各向相反电性方向移动，并吸附在电极表面，形 成双电层，使一对电极中间的液体浓度降低，液体可 以流动，排出低浓度的水，双电层内离子因吸附不能 移动。这一过程称为“充电富集”。此时因充电，贮存
一定的能量。 电极短路时电场消失，被吸附在电极表面的离
莫剑雄，电容吸附去离子方法的研究
２１
观察到，所以只要有足够大的表面积，就可吸附足够
多的离子［３］。
１．３ 与离子交换法比较
电容吸附材料是一种导电体，通过施加外加电
流，使其带有正电或带有负电来吸负离子或正离子，
并通过短路使电场消失或充以反电流，使原吸附的离
子脱离电极的双电层从而使吸附材料再生，所以与离
１５６００ ０．０１６３ １５９７ １０．１ ２６．６５ ０．６１ ８１８０ ３０６．９
５４００ ０．００９ ８７８ １６．３ ２６．６３ ０．３４ ４４５０ １６７
注：根据文献报导 １ｃｍ２ 的光滑表面（如汞）上吸附 ２×１０－１０ｍｏｌ 的一价 离子计算
从电吸附离子量可以计算出吸附材料的比表面 积，经计算为 １６７ｍ２／ｇ～３０６．９ｍ２／ｇ，商品活性炭纤维 毡的标称比表面积为 １０００ｍ２／ｇ，故与标称值相差甚
２２
水处理技术
第 ３３ 卷 第 ８ 期
液浓度的变化，有部分试验是用容量分析法测定通电 前后溶液中 Ｃ１－ 的浓度，用 ０．１ｍｏｌ／Ｌ 的 ＡｇＮＯ３ 标准 溶液滴定 Ｃ１－。算出电极吸附的离子量。根据法拉第定 律，计算理论的电量，与从电流表的读数和所通电的 时间的实际所耗的电量进行比较。
３ 结果与讨论
中图分类号： ＴＱ０２８．８
文献标识码： Ａ
文章编号： １０００－３７７０（２００７）０８－０２０－０３
电容吸附去离子法是近年发展起来的一种水处 理方法，它利用大表面积的导电材料通电，在正极表 面吸附溶液中的负离子、在负电极吸附正离子，而使 流过电极间的溶液淡化，当电极短路时吸附的离子 脱离电极，随浓溶液排出。
表 １ 板式电极试验结果数据 Ｔａｂｌｅ １ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｐｌａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
项目
板式并联
板式串联
总通电量（Ａ·ｓ） 电吸附离子量（ｍｏｌ） 吸附离子的电量（Ａ·ｓ）
电流效率（％） 活性炭纤维总重（ｇ） 电吸附比容量（ｍｍｏｌ／ｇ） 吸附离子的面积（ｃｍ２） 吸附离子的比表面（ｍ２／ｇ）
Ｅ ｑ＝２０×１０－６Ａ·ｓ／ｃｍ２，相当于 ２×１０－１０ｍｏｌ／ｃｍ２，此为 １ｃｍ２ 面积吸附 １ 价离子的量。
假如用 １ｇ 多孔导电材料作电极，其表面积为 １０ｍ２，在 １０ｍＬ 溶液中则吸附了 ２×１０－５ｍｏｌ 的 １ 价离 子。浓度变化为 ２×１０－３ｍｏｌ／Ｌ；此值的变化可从实验
收稿日期：２００６－０９－０６ 作者简介：莫剑雄（１９３８－），男，教授，主要从事水处理理论研究工作；联系电话：１３０６７９６６７７２。
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２００７ 年 ８ 月
水处理技术 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＯＦ ＷＡＴＥＲ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．，２００７
电容吸附去离子方法的研究
莫剑雄
（杭州水处理技术研究开发中心，浙江 杭州 ３１００１２）
摘 要： 电容吸附法脱盐是一种新开发的水处理技术， 作者用商品活性炭纤维制成卷式和板式电极。电极间有液体流
用测定汞与溶液之间界面张力的方法研究电吸 附现象。根据李普曼表面张力与电位的关系 ｑ＝ －ｄσ
ｄＥ 可测出表面荷电量 ｑ。σ是表面张力，Ｅ 是电位Baidu Nhomakorabea又从 －ｄ２σ＝ ｄｑ ＝Ｃ＝ Ｄ ，Ｃ 为 １ｍ２ 的电容 、Ｄ 介电常数、
ｄＥ ｄＥ ４πｄ ｄ 平行板电容间的距离，也可认为是双电层的厚度。
实 验 测 出 ， 最 大 电 容 量 阳 离 子 为 １８ ～ ２０μＦ／ｃｍ２，阴离子为 ３６～４０μＦ／ｃｍ２。若以单个电极 施加 １Ｖ 电压，２０μＦ／ｃｍ２ 计算，代入 Ｃ＝ ｑ ，得出
６７ 团可自建电场，吸附反电荷离子。但再生时需用酸或 碱，而活性炭纤维本身不带电荷。外加电压使纤维表 面吸附离子，通过充放电使离子吸附式脱附。这一过 程不消耗酸或碱，只消耗电不产生污染。这是其重要 优点。 ３．２ 卷式装置的试验
用卷式装置进行试验，自来水作原水，用恒电流 仪将电流调节到 ０．４Ａ，测定流出液电导，流量控制在 ４Ｌ／ｈ，电压上升到 ４Ｖ 时停止通电，继而进行短路，试 验曲线如图 ２，多次反复通电可得到类似曲线。
远。标称值是用 Ｎ２ 作为被吸物质吸附在纤维所有的 的表面上，因无电场，也不存在电流的屏蔽效应。而 离子在水中水合 ５～６ 个水分子，体积较大。再加电 场对微孔的屏蔽效应。所以，并非纤维中所有的微孔 都能发挥出吸附作用。
一般离子交换树脂的交换容量为 ２～４ｍｍｏｌ／ｇ。 本实验中电吸附离子量为 ０．３４～０．６１ｍｍｏｌ／ｇ，约为 交换容量的 １ ～ １ 。离子交换树脂因有固定荷电基
早在 ２０ 世纪 ６０ 年代，Ｂ Ｂ Ａｒｎｅｄ 就开始了电 吸附法脱除 ＮａＣｌ 的探索工作［１］，他和 Ｊｏｈｎｓｏｎ 等人 在这方面的工作成果发表在盐水局报告中［２］，由于 当时技术和材料的局限，未达到实用化的目的。现在 电极材料由颗粒活性炭发展到薄型碳膜电极，并可 自动控制充放电和浓淡水的排放和流量控制，使该 技术达到可应用的程度。该方法有的叫电容脱盐 Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ 简称 ＣＤＩ，有的叫静电脱盐 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ 简称 ＥＤＩ，为避免和现在高纯 水制备中的 ＥＤＩ 或 ＣＤＩ 技术相混，作者用“电容吸 附去离子”（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ） 或 “淡化用电容吸附装置 （Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ａｄｓｏｒｂｅｒ ｆｏｒ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，简称 ＣＡＤ）命名。
图 １ 板式电容去离子装置 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｌａｔｅ－ｔｙｐｅ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ
钛板的作用是将电流传导到活性炭纤维上，活 性炭纤维间的聚丙烯网和无纺布的作用是使流体在 其中通过，又不使正负电极相互接触而短路。
卷式电吸附装置是将炭纤维、膨胀石墨、聚丙烯 网剪成长条型，中间的膨胀石墨板留出一端高于碳 纤维，作为导电耳。按以上次序叠起来作为一组，再 将活性碳纤维、膨胀石墨板（置于维维层中间）和聚 丙烯网叠起来作为另一组。把两组电极卷起来，卷 紧，外面再用封箱带包裹，使不松散，如此卷成适当 大小，装于聚氯乙烯园筒容器中，密封，留出膨胀石 墨的导电耳，液体从上面进、下面出。
卷式装置的优点是：制造方便，节约材料，降低 装置的制造成本，但只有一对电极。需用低压大电流 电源。
４结论
电吸附装置是近年来新发展的一种去离子技
术。它独特的优点，已显示出广阔的应用前景。本文
研制的电吸附装置具有良好的脱盐性能，其电吸附
与电脱附的实验曲线与国外资料报导相似。因为在
电耗上与电极性能上仍有差距，所以该工作尚在起
与离子交换技术相比，再生时不消耗药品，只消
耗电流。对进水水质要求较低，不像其他膜法技术，
如反渗透等，需对进水进行严格的预处理而消耗化
学药品。
１．５．２ 能耗低
通过能量回收的方法，可对“充电富集”的能量
加以利用，并且液体通过装置的压力极低。仅克服溶
液在电极间流动的阻力，这部分能耗也很低。
１．５．３ 设备维护简单
附时间为 ４５ｍｉｎ，恒电流 ０．４Ａ，５ 对电极串联。
板式电吸附装置的优点是可对电极进行串联或
并联，并联时用低电压大电流，串联时用高电压小电
流，可降低电源制造的成本。
电容吸附的能耗与通过的电流和电压有关，国
外资料报导，每对电板不超过 ２Ｖ，其电吸附的电流
效率达 ８０％，超过 ２Ｖ 则发生释放 Ｈ２ 和 Ｏ２ 的副反 应。电极用高温炭化的 ０．２～０．３ｍｍ 的炭毡，电阻
低。本试验用低于 ８００℃炭化末形成石墨化结构的
３ｍｍ 厚的活性炭纤维毡，所以电极电阻大，不利于
离子在孔隙中的质量传递和电荷传递，电极施加电
压时，电力线集中在电极表面，为了使深层中的炭纤
维也发挥电吸附作用，使电吸附离子量增大，实验时
每对电极达到 ４～５Ｖ，电流大部分消耗在副反应上，
表 １ 显示，电吸附离子量大时，电流效率就下降。
900 800 700 600 500 400 300 200 100
0 0
100
200
300
400
图 ２ 料液为自来水的充放电曲线图 Ｆｉｇ．２ Ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ ｃｕｒｖｅｓ ｆｏｒ ｔａｐ ｗａｔｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｆｅｅｄ
当吸附电量为 ７７２０Ａ·ｓ 时，分析得出吸附了 ０．０１４３ｍｏｌ ＮａＣｌ， 按 法 拉 第 定 律 算 出 电 量 为 １３８４．７Ａ·ｓ。电流效率为 １７．９４％。
选用南通市活性炭纤维有限公司出产的 Ｖ－ＡＣＦ 型活性炭纤维。比表面积大约在 １０００ｍ２／ｇ， 厚度为 ３ｍｍ。
隔板网材为 ６０ 目聚丙烯网布，再加一层涤纶无 纺布，用 １ｍｍ 厚钛板（用于板式结构），和 １ｍｍ 厚 商品膨胀石墨板（用于卷式结构）作导电材料。
板式电吸附部件的组装顺序为：下压紧板（进 口），中间为由钛板、活性炭纤维、聚丙烯网、无纺 布、活性炭纤维、钛板组成的若干个单元依次排列， 上压紧板（出口），用螺丝固定压紧。把多个钛板用 导线联结，形成并联或串联。组成电容去离子装置 （图 １）。
子交换法不同，过程不消耗酸、碱、盐等化学药品。
１．４ 电吸附过程的能量消耗与能量回收
电容吸附离子过程可简化成只有一个电阻和一
个电容，电吸附过程是一个充电过程，电容器施加的
电压与电量成正比，随着电压的升高，离子吸附量增
多，所以离子的迁移与吸附过程要加以能量 Ｗ。
ｑ＝Ｃ·Ｅ
!Ｅ
Ｗ＝ Ｅ·ｄｑ ０
ｄｑ＝Ｃ·ｄＥ
子释放到溶液本体中，使排出的液体浓度增高，这一 过程称为“放电解吸”。
如此反复的充放电操作，进入脱盐装置的是离 子浓度固定不变的原水，而流出的水中，盐浓度却是 周期性地变化。只要随着通电的变化，同步地将流出 液分别切换流入相应的容器。即可得到除去盐分的 淡水和增浓了盐分的浓水。 １．２ 离子吸附量的计算
! Ｗ＝
Ｅ
Ｃ·Ｅ·ｄＥ＝
０
ＣＥ２ ２
＝ ｑＥ ２
水溶液中，施加的电压不应超过 ２Ｖ，因超过 ２Ｖ
要发生水的电解。电流除消耗在充电过程外，还消耗
在正负电极的释 Ｏ２ 和释 Ｈ２ 的副反应上。 另外，电容器是储存能量的，通过外电路的联接
可回收部分能量。
１．５ 电容吸附去离子技术的特点
１．５．１ 绿色生产过程
道， 组成电容吸附去离子装置。电极充电时对流出的水进行脱盐。电极吸饱离子后电极短路， 排出含高浓度盐分的水。
实验的工作曲线与文章报导的结果相似。由于电极电阻较大， 且活性炭孔径分布不理想， 所以， 在能耗和电吸附量上
与国外有差距， 有待改进。
关键词： 电容去离子； 电容吸附去离子； 静电水净化器； 活性炭纤维电极； 双电层
电容去离子装置的性能测试设备主要包括流量 调节阀与流量计、电导仪、电导池、直流稳流器、数字 万用表等。 ２．２ 试验方法
将上述装置通电并用泵把溶液泵入电吸附去离 子器，用量筒和秒表测量出口的液体流量，当液体量大 时（如低浓度自来水脱盐），用流量调节阀控制流量， 流量计测定进口的流量。大部分试验用电导法测定溶
３．１ 板式电吸附装置的实验
３．１．１ 并联实验
由 ５ 组电极组成（５ 片正极、５ 片负极），自来水
作原水，恒电流 １Ａ 通电，电压上升到 ４Ｖ 停止通电。
３．１．２ 串联实验
板式电极的一头一尾分别接上电源的正负极，
此时因欧姆电阻等原因，施加的电压较高，达 ４０～
５０Ｖ。试验用配制的 ２０００ｍｇ／Ｌ 的 ＮａＣｌ 溶液通电，吸
因电极间流道宽、不易堵塞，一旦污染和结垢可
用酸洗，进水浊度只需小于 ５ＮＴＵ，电极对余氯、硬
度无特珠要求，水质预处理要求低，电极寿命长。
１．５．４ 节省资源
排出的浓水仅占原水的 ３０％，并且溶液在电极
上不发生水的电解反应，仅增加原水盐浓度，此水可
作低档用水或作别的用途加以利用。
２ 试验装置和方法
２．１ 电容去离子装置的组成与结构
１ 原理与特点
１．１ 离子的充电富集与放电解吸 该技术的原理是在电极两端施加电场，使正负
离子各向相反电性方向移动，并吸附在电极表面，形 成双电层，使一对电极中间的液体浓度降低，液体可 以流动，排出低浓度的水，双电层内离子因吸附不能 移动。这一过程称为“充电富集”。此时因充电，贮存
一定的能量。 电极短路时电场消失，被吸附在电极表面的离
莫剑雄，电容吸附去离子方法的研究
２１
观察到，所以只要有足够大的表面积，就可吸附足够
多的离子［３］。
１．３ 与离子交换法比较
电容吸附材料是一种导电体，通过施加外加电
流，使其带有正电或带有负电来吸负离子或正离子，
并通过短路使电场消失或充以反电流，使原吸附的离
子脱离电极的双电层从而使吸附材料再生，所以与离
１５６００ ０．０１６３ １５９７ １０．１ ２６．６５ ０．６１ ８１８０ ３０６．９
５４００ ０．００９ ８７８ １６．３ ２６．６３ ０．３４ ４４５０ １６７
注：根据文献报导 １ｃｍ２ 的光滑表面（如汞）上吸附 ２×１０－１０ｍｏｌ 的一价 离子计算
从电吸附离子量可以计算出吸附材料的比表面 积，经计算为 １６７ｍ２／ｇ～３０６．９ｍ２／ｇ，商品活性炭纤维 毡的标称比表面积为 １０００ｍ２／ｇ，故与标称值相差甚
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水处理技术
第 ３３ 卷 第 ８ 期
液浓度的变化，有部分试验是用容量分析法测定通电 前后溶液中 Ｃ１－ 的浓度，用 ０．１ｍｏｌ／Ｌ 的 ＡｇＮＯ３ 标准 溶液滴定 Ｃ１－。算出电极吸附的离子量。根据法拉第定 律，计算理论的电量，与从电流表的读数和所通电的 时间的实际所耗的电量进行比较。
３ 结果与讨论
中图分类号： ＴＱ０２８．８
文献标识码： Ａ
文章编号： １０００－３７７０（２００７）０８－０２０－０３
电容吸附去离子法是近年发展起来的一种水处 理方法，它利用大表面积的导电材料通电，在正极表 面吸附溶液中的负离子、在负电极吸附正离子，而使 流过电极间的溶液淡化，当电极短路时吸附的离子 脱离电极，随浓溶液排出。
表 １ 板式电极试验结果数据 Ｔａｂｌｅ １ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｐｌａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
项目
板式并联
板式串联
总通电量（Ａ·ｓ） 电吸附离子量（ｍｏｌ） 吸附离子的电量（Ａ·ｓ）
电流效率（％） 活性炭纤维总重（ｇ） 电吸附比容量（ｍｍｏｌ／ｇ） 吸附离子的面积（ｃｍ２） 吸附离子的比表面（ｍ２／ｇ）
Ｅ ｑ＝２０×１０－６Ａ·ｓ／ｃｍ２，相当于 ２×１０－１０ｍｏｌ／ｃｍ２，此为 １ｃｍ２ 面积吸附 １ 价离子的量。
假如用 １ｇ 多孔导电材料作电极，其表面积为 １０ｍ２，在 １０ｍＬ 溶液中则吸附了 ２×１０－５ｍｏｌ 的 １ 价离 子。浓度变化为 ２×１０－３ｍｏｌ／Ｌ；此值的变化可从实验
收稿日期：２００６－０９－０６ 作者简介：莫剑雄（１９３８－），男，教授，主要从事水处理理论研究工作；联系电话：１３０６７９６６７７２。