电容去离子技术让“硬水”快速“服软”

　　 科技日报记者 吴长锋

　　 记者从中科院合肥研究院获悉，该院固体所环境与能源纳米材料中心团队，基于电容去离子技术发展了铜基普鲁士蓝（CuHCF）选择性吸附电极，基于其独特的晶体通道及特有的赝电容效应，该电极展现出高效的选择性电吸附钙离子能力，该工作对于硬水软化技术具有重要意义。相关成果日前发表在《ACS应用材料与界面》上。

　　水的硬度是世界各国普遍存在的水质问题。据统计，85%以上的可用淡水为硬水。自来水、地面水、河水等常见的硬水一般都是由钙、镁离子引起的，会导致洗涤剂作用减弱，锅炉、管道、热交换器结垢。长期饮用硬水还会增加人体泌尿系统结石的得病率，因此硬水的软化处理得到高度关注。然而，现有的硬水处理技术如化学沉淀法、离子交换、膜过滤等，需要过度使用化学物质、复杂的基础设施、昂贵的维护且能源消耗高。

　　 电容去离子技术（CDI）作为一种新型的水处理技术，由于其操作方便、环境友好、能耗低等优点，引起了人们的广泛关注。但由于该技术所用电极材料多为碳材料，缺乏目标离子的高效选择性，而具有高比电容的赝电容材料因其特有的离子选择性有望用于CDI硬水软化领域。

　　为此，科研人员基于Ca2+离子的插层作用，首次利用铜基普鲁士蓝CuHCF作为赝电容电极，在Na+、Ca2+、Mg2+等多种阳离子混合溶液中对Ca2+实现了高选择性电吸附。在非对称电容去离子装置中，1.4 V工作电压下获得了42.8 mg/g的钙离子最大吸附容量，尤其是在高钠/钙离子摩尔比（10:1）溶液中依然保有最高吸附选择性系数3.05，并且在循环过程中铜基普鲁士蓝CuHCF电极材料也能保持原有的形貌和稳定的吸附容量。科研人员结合电化学表征以及分子动力学模拟技术，阐明了铜基普鲁士蓝CuHCF电极材料选择性吸附钙离子的赝电容本征特性。

　　该研究成果对于探索CDI赝电容电极材料高效选择性电吸附目标离子以及CDI硬水软化技术具有重要意义。

　　编辑：张琦琪

　　审核：朱丽