近日，我院张宗波教授在海水淡化领域取得重要进展，相关研究成果《利用超声场增强流动电极的电荷转移效率以提高其电容性去离子性能》(Enhancing capacitive deionization performance of flow electrode by strengthening its charge transfer efficiency using ultrasonic field)发表在《Desalination》。《Desalination》是致力于水淡化及水处理领域基本原理及在水资源利用、环境保护、能源开发领域创新性应用的国际顶级期刊，目前影响因子为9.8（SCI一区TOP）。第一作者与为张宗波教授，通讯作者为化学学院的李大伟副教授和青岛大学附属医院的主任医师荆雪，论文第二作者为2022级硕士研究生李金，中国石油大学（华东）为独立完成单位，该研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金和青岛自然科学基金等项目的资助。
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在众多海水淡化技术中，FCDI（流动电极电容去离子技术）因流动电极可再生、能实现连续运行而受到关注。流动电极作为 FCDI 的核心，主要由活性材料（常用活性炭）、电解质和导电剂组成，其电荷转移效率直接决定脱盐性能，然而流动电极中活性炭含量通常较低，且活性炭颗粒易沉降，导致电荷转移效率较低，难以有效淡化高浓度盐水，若是提高流动电极中活性炭含量则会堵塞流道，降低脱盐效率；此前的研究尝试优化材料和装置结构，但该思路在活性炭浓度及处理盐水浓度上仍有局限，无法满足高效淡化高浓度盐水的需求。
U-FCDI装置示意图
空话气泡坍缩的速度流线
为了解决上述问题，本文通过引入超声场构建超声流动电极电容去离子装置（U-FCDI）。借助超声产生的声流和空化效应增加活性炭颗粒接触频率，从而减少活性炭的聚集与沉降，实验结果显示，超声的存在可允许流动电极中活性炭浓度提升至20 wt%的同时不堵塞流道，且在含活性炭浓度为20 wt%的流动电极中，U-FCDI对35 g/L模拟海水的脱盐效率达99.42%，初始吸附速率8.85 mg/min；对真实海水脱盐效率99.17%，初始吸附速率为7.39 mg/min，平均脱盐率较传统 FCDI 提高149.44%，且能量归一化脱盐量未增加。该方法提升了流电极电荷转移效率，实现高、低浓度盐水高效淡化，为连续、高效海水淡化提供新策略，兼具技术与应用价值。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916425006484
