人口膨脹和工業(yè)發(fā)展，使得我國(guó)面臨著淡水資源嚴(yán)重短缺的局面。缺水最嚴(yán)重的為東部沿海地區(qū)、西部苦咸水地區(qū)和內(nèi)陸大中型城市。預(yù)計(jì)2030年我國(guó)人口達(dá)到高峰時(shí)，淡水資源緊缺的形勢(shì)將更加嚴(yán)峻。因此，研究開(kāi)發(fā)利用非傳統(tǒng)水資源（海水、苦咸水、中水）實(shí)用技術(shù)，適度開(kāi)發(fā)苦咸水已是當(dāng)務(wù)之急。

苦咸水，是指堿度大于硬度的水，包含高濃度鹽堿成分，隨著地區(qū)不同，苦咸水還具有高氟、高砷、高鐵錳、低碘、低硒等特征。這種水口感極差，如果需飲用，就必須對(duì)不同含鹽量的苦咸水進(jìn)行脫鹽淡化處理。此外，一些工業(yè)廢水和海水中，也具有高鹽度的性質(zhì)，開(kāi)發(fā)產(chǎn)水率高、能耗較低、操作簡(jiǎn)單的環(huán)保型除鹽技術(shù)勢(shì)在必行。電吸附技術(shù)具備以上優(yōu)點(diǎn)且有良好的除鹽性能，并且可以應(yīng)用在飲用水凈化、海水、苦咸水淡化、工業(yè)廢水處理等多個(gè)領(lǐng)域。

電吸附：陰陽(yáng)離子鹽水內(nèi)，拆散一對(duì)是一對(duì)

電吸附技術(shù)(Electrosorb Technology，EST)，又稱電容性除鹽技術(shù)，是20世紀(jì)90年代末興起的一項(xiàng)新型水處理技術(shù)，它是基于電化學(xué)中的雙電層理論，利用帶電電極表面的電化學(xué)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)水中離子的分離，進(jìn)而去除的目的。

水處理中，水中的鹽大多是以陰陽(yáng)離子（或稱正負(fù)離子）的形式存在。所謂“電化學(xué)中的雙電層理論”，就相當(dāng)于在水中安裝一個(gè)平板電容，通過(guò)施加外加電壓形成靜電場(chǎng)，兩個(gè)電極板分別帶正負(fù)電荷，強(qiáng)制離子向帶有相反電荷的電極板上移動(dòng)，陰離子向正極板移動(dòng)并聚集，陽(yáng)離子向負(fù)極板移動(dòng)并聚集，這樣使水體本身鹽度降低，實(shí)現(xiàn)了除鹽的效果。

電吸附的電極板，拆散水中離子對(duì)，目的是讓人類獲得更純凈的水。小編給電極板點(diǎn)個(gè)贊：電場(chǎng)除鹽水更凈，你的良心不會(huì)痛。

電吸附工作原理

原水從一端進(jìn)入由兩電極板相隔而成的空間，從另一端流出。原水在陰、陽(yáng)極之間流動(dòng)時(shí)受電場(chǎng)的作用，水中離子分別向帶相反電荷的電極遷移，被該電極吸附并儲(chǔ)存在雙電層內(nèi)。隨著電極吸附離子的增多，離子在電極表面富集濃縮，最終實(shí)現(xiàn)鹽分與水的分離，獲得淡化的水。

你會(huì)有個(gè)疑問(wèn)：當(dāng)兩個(gè)電極吸附的陰陽(yáng)離子太多，達(dá)到飽和了，怎么辦？此時(shí)，電吸附技術(shù)容易再生和循環(huán)使用的優(yōu)點(diǎn)就體現(xiàn)出來(lái)了。當(dāng)電極飽和后可以通過(guò)施加反向電場(chǎng)使電極再生。陰陽(yáng)離子在電場(chǎng)的作用下分別移動(dòng)并儲(chǔ)存在相反電極表面直至電極板達(dá)到飽和時(shí)，只需將直流電源去掉，并將正負(fù)電極短接，由于直流電場(chǎng)的消失，儲(chǔ)存在雙電層中的離子又重新回到水中，隨水流排出，電極也由此得到再生。

電吸附電極再生過(guò)程

電吸附技術(shù)研究發(fā)展的三個(gè)階段

1960-1980年

電吸附技術(shù)原理的研究和闡述

從俄克拉荷馬大學(xué)研究去除略帶堿性的水中鹽分開(kāi)始。Y．Oren等研究了電吸附和電解吸附技術(shù)的基礎(chǔ)理論、參數(shù)的影響和對(duì)多種候選電極材料的評(píng)價(jià)。

20世紀(jì)90年代

電極材料選擇及電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)突破

加利福尼亞州的勞倫斯利佛莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、Mark Andelman等進(jìn)行了除鹽試驗(yàn)的中試工作，取得了較好的試驗(yàn)效果。 電吸附技術(shù)在國(guó)內(nèi)的研究起步比較晚。陳福明、尹廣軍等1999年報(bào)道了用多孔大面積電極去除水中離子的方法，并對(duì)電吸附進(jìn)行了一系列的理論和實(shí)驗(yàn)研究。

21世紀(jì)以來(lái)

電吸附技術(shù)模型處理和系統(tǒng)化應(yīng)用

Sang Hoon等建立了電吸附模型，研究了電吸附模塊的吸附潛能，并對(duì)模塊的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行中的操作條件進(jìn)行了研究。Wegemoned等建立了一套實(shí)驗(yàn)室模型。用該模型處理TDS（溶解性固體總量，TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多）為1000mg／L的工業(yè)循環(huán)冷卻水，出水TDS達(dá)到10mg／L。國(guó)內(nèi)，孫曉慰等在EST的系統(tǒng)控制和集成等方面取得了突破性進(jìn)展，研制成功以EST模塊為核心組裝而成的大型工業(yè)化電吸附裝置，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，并在飲用水深度處理及工業(yè)用水處理方面實(shí)施了工程化、系統(tǒng)化應(yīng)用。

厲害了，Word EST！

電吸附技術(shù)優(yōu)勢(shì)

工藝簡(jiǎn)練，結(jié)垢較少。

節(jié)能環(huán)保，降低能耗。

無(wú)需藥劑，排放達(dá)標(biāo)。

運(yùn)行穩(wěn)定，污染很小。

自動(dòng)控制，環(huán)境友好。

進(jìn)水寬松，設(shè)備可靠。

操作簡(jiǎn)便，得水率高。

應(yīng)用廣泛，適應(yīng)性好。

工藝簡(jiǎn)練。電吸附技術(shù)不采用膜類元件，只采用特殊的惰性材料為電極，因此對(duì)原水預(yù)處理要求不高，即使預(yù)處理上出一些問(wèn)題也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成損壞。電吸附除鹽裝置采用通道式結(jié)構(gòu)（通道寬度為毫米級(jí)），因此不易堵塞，對(duì)顆粒狀污染物要求較低；電場(chǎng)力的作用將陰、陽(yáng)離子分別吸附到不同的電極表面形成雙電層，這會(huì)使同一極面上的難溶鹽離子濃度積相對(duì)低得多，可有效防止難溶鹽結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生，不會(huì)產(chǎn)生垢體。

能耗低。進(jìn)行水的除鹽處理時(shí)，能量消耗主要在使離子發(fā)生遷移，而在電極上并沒(méi)有明顯的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。與蒸餾法、反滲透法等除鹽技術(shù)相比，電吸附是將離子提取分離出來(lái)，而不是降水分子分離出來(lái)，無(wú)需高溫或高壓，因此所耗的能量相對(duì)較低。另外，電吸附裝置工作時(shí)，所施加的電能儲(chǔ)存在雙電層電容上，如有必要，就可以將所存儲(chǔ)的電能在電極再生時(shí)回收一部分。也就是說(shuō)，將吸附飽和的模塊上儲(chǔ)存的電能再加到另一再生好的模塊上，這樣可以大大地節(jié)約能源。

環(huán)境友好。電吸附的工作和再生過(guò)程，無(wú)需任何化學(xué)藥劑。與離子交換技術(shù)相比，減少了在濃酸、濃堿的運(yùn)輸、貯存和操作上的麻煩，而且不向外界排放酸堿中和液；與反滲透相比，無(wú)需加入還原劑、分散劑、阻垢劑等。所排放的濃水系來(lái)自于原水，系統(tǒng)本身不產(chǎn)生新的排放物，排放不超標(biāo)，回收經(jīng)濟(jì)性好，從而避免了二次污染問(wèn)題。

電吸附的工作系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定；由于采用碳類電極材料，從理論上講電吸附模塊可以長(zhǎng)期服役，預(yù)期壽命至少在10年以上。用于再生的沖洗水可重復(fù)使用，一般情況下得水率可以達(dá)到75%以上；如采用適當(dāng)?shù)墓に嚱M合，甚至可達(dá)90%以上。

進(jìn)水寬松。電吸附對(duì)原水進(jìn)水指標(biāo)要求不高，鐵、錳、氯等離子、pH值、溫度和有機(jī)物等對(duì)整個(gè)系統(tǒng)幾乎沒(méi)有影響，所以除鹽技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)。在停機(jī)期間也無(wú)需對(duì)核心部件作特別保養(yǎng)，維護(hù)方便，操作程序簡(jiǎn)單。得水率高，正是其良好的適應(yīng)性，才造就了其廣泛的實(shí)用性，電吸附技術(shù)可以：

1、生活飲用水深度凈化處理——去除過(guò)量的無(wú)機(jī)鹽類，如鈣、鎂、氟、砷、鈉、硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物等，甚至使一些因無(wú)機(jī)鹽類超標(biāo)的水源得以有效利用；

2、市政或工業(yè)污水回用處理——對(duì)于COD及含鹽量較高的工業(yè)廢水，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)因COD高而影響鹽分的去除，電吸附技術(shù)抗污染性能較強(qiáng)，表現(xiàn)出一定的去除COD的能力，故可以不受其影響，除去污水中的高鹽分；

3、工業(yè)用水除鹽處理——紡織印染、輕工造紙、電力化工、冶金等行業(yè)都需要大量的除鹽水或純水作為工藝用水）；

4、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水預(yù)處理——降低補(bǔ)水含鹽量，可以改善水質(zhì)，以利進(jìn)一步提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，減少補(bǔ)水量和排污水量；

5、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排污水再生回用——經(jīng)過(guò)除鹽處理的排污水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)替代新鮮補(bǔ)水，可以減少新水消耗和污水排放量，進(jìn)一步提高循環(huán)水的循環(huán)利用率；

6、苦咸水淡化等領(lǐng)域，苦咸水淡化乃至海水淡化將是EST技術(shù)的下一個(gè)更加誘人的應(yīng)用領(lǐng)域。

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電吸附的電極材料

電吸附處理效果的好壞主要取決于電極的吸附性能。電極作為電吸附裝置最重要的組成部分，是電吸附技術(shù)的關(guān)鍵。電極性能的好壞直接決定著吸附速率快慢、吸附量大小以及選擇性的優(yōu)劣。性能優(yōu)異的吸附電極具有導(dǎo)電性好、穩(wěn)定性高、比表面積大、孔容適宜、吸附容量大、選擇性高等特點(diǎn)。對(duì)電極的要求也就決定了制備電極的原材料應(yīng)該具備如下特點(diǎn)：

1、 化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性好的惰性材料；

2、 大的比表面積。比表面積越大，電極和溶液接觸面越 大，吸附速率越快；

3、 導(dǎo)電性能好；

4、 適宜的孔徑�？讖教幱诮榭追秶�（IUPAC將孔徑在2-50 nm的定義為介孔）時(shí)，吸附效果最好；

5、 大的孔容�？兹荩▎挝毁|(zhì)量多孔材料所具有的細(xì)孔總?cè)莘e）大則吸附和儲(chǔ)存離子的空間越大，吸附效果越好。

6、 來(lái)源廣、環(huán)境友好且易于成型。

基于以上要求，近年來(lái)電吸附電極以惰性的碳材料為原料：

1、 活性炭纖維——活性炭基礎(chǔ)上改進(jìn)的碳材料。具有表面積大，微孔豐富且分布窄，容易與吸附質(zhì)接觸等特點(diǎn)，吸附、脫附速度快效率高，擴(kuò)散阻力小，傳質(zhì)阻力小，導(dǎo)電性好，被用于電極材料；

2、 石墨及石墨烯——石墨電極作為最早的電極材料曾一度引起許多研究者的興趣，它有著良好的機(jī)械性能及可塑性。但其本身沒(méi)有很顯著的吸附能力。隨著新型碳材料的出現(xiàn)，逐漸被取代。石墨烯是近些年來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域廣闊的碳材料，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度高、電子傳遞速度快等優(yōu)點(diǎn)，類似石墨表面，石墨烯可以吸附各種原子和分子。石墨烯用于電極材料，導(dǎo)電性能好、電吸附速率快外，具有良好的循環(huán)使用性能，這些特點(diǎn)結(jié)合在一起使石墨烯電極成為近年來(lái)研究的焦點(diǎn)；

3、 炭氣凝膠——輕質(zhì)、多孔的納米級(jí)非晶碳材料，其比表面積大、導(dǎo)電性好、機(jī)械性能優(yōu)異，用于電極，具有低電阻、納米級(jí)孔洞、高電容等特點(diǎn)，因?yàn)榭锥聪噙B，容易控制孔徑和密度，是理想的電極材料；

4、 碳納米材料——包括三種類型：碳納米纖維、碳納米管、碳納米球，分別為針狀、管狀或球狀碳材料，具有良好的導(dǎo)電性，獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)和高比表面積利用率，使得碳納米管表面可以形成豐富的官能團(tuán)，具有較好的吸附特性。

石墨烯和碳納米材料電極具有良好的循環(huán)使用性能和高吸附容量，是目前最具應(yīng)用前景的電吸附電極。

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電吸附是一種高效無(wú)污染的除鹽技術(shù)，已經(jīng)逐漸成為水處理除鹽領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，對(duì)于電吸附過(guò)程中離子傳質(zhì)和吸附機(jī)理進(jìn)一步深入了解，人們更注重探索更大吸附容量、更快吸附速率和更經(jīng)濟(jì)的電極材料，改進(jìn)電吸附的設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性，加強(qiáng)電能回收方面的研究。隨著電吸附技術(shù)的不斷成熟，必將得到更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

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來(lái)源：工業(yè)水處理