文 献 综 述

1.前言

水, 是一切生命之源[1]。在时代飞速发展的今天，人们越来越意识到了水资源的重要性,市场价值正在迅速上升。甚至可以上说，21世纪的淡水就相当于20世纪的石油，淡水必将成为重要的战略资源。中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1／4、美国的1／5，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。 淡水供应的资源性短缺使得地下水连年超采, 由此带来了地面沉降、海水入侵、土地盐碱化等诸多严重的题。然而尽管我国是缺水大国, 但同时也是水资源大国。我们缺少的是可以直接应用到生产生活中的淡水。我国拥有超过1.8公里的大陆海岸线，我国大量的海水资源并没有得到充分利用。考虑到海水资源量的巨大，使用前景广阔，研究人员一直在寻求海水淡化的技术方法。为了研究具有能耗低，环保效果好且经济的海水淡化技术，科研人员开发出一种新的海水淡化技术#8212;#8212;电容除盐技术。电容除盐技术的突出优点有能耗低、水率高、无二次污染等，因此发展较快[2]。

2.电容吸附技术概述

电容吸附去离子法是近年发展起来的一种水处理的方法，通过将表面积大的导电材料作为电极通电，正极的表面会吸附溶液中的负离子，负极的表面会吸附溶液中的正离子，溶液从电极间流过得以淡化。而当电极短路，被吸附的离子便会脱离电极，随着浓溶液排出[3]。

2.1双电层理论

有关双电层的代表理论及模型有好几种, 其中以Helm holtz 模型最为简单，而且能能充分说明双电层电容器工作的原理。由Helm holtz 平板电容器模型理论可知， 当电极被插入电解质溶液, 因为固液两相的电化学势不同, 电极表面的静电荷从溶液中吸引一些无规则分布的离子, 从而导致它们在电极或者溶液界面的一侧且距电极一定距离处聚集, 形成了一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等但符号相反的充电层，其由界面处的两个电荷层组成, 其中一层在界面的电极一侧, 另一层在界面的溶液一侧, 所以称为双电层, 如图1 所示。电极上的电位为ψ₀, 当外部对该电容器充电时, 其中一个电极的电位升高至ψ₀ ψ, 而另一个电极的电位则降低至ψ₀ #8211; ψ，从而储存了电荷。只要ψ₀ ψ的电位小于双电层的分解电压, 便能形成一个双电层电容器。在界面处存在一个像平板电容器一样的位垒，而两层电荷都不能越过边界达到中和, 所以使得电荷的储存是稳定的。放电时, 电子通过外电路从负极流到正极, 两电极上的电位均恢复到ψ₀ , 而电解质中的正负离子则摆脱了垫极表面的吸引, 重新进入电解质内部[ 11] 。电容器的能量密度可用式(1)进行计算:

E =1/2CV² （1）

其中E 为电容器的储能密度, C 为电容器的电容量, V 为电容器的工作电压。可知双电层电容器的容量和电极电势及材料本身的属性有关。所以一般采用的是导电性能良好的极化电极，这样更有利于形成稳定的双电层[4]。

图1 双电层原理图