热质纳能报8月8日讯：研究背景：电化学分离因其简便、节能、环保等特点，在水净化和资源回收中越来越受到重视。最常用的去除和回收各种污染物的电化学分离技术主要包括膜基电化学技术、电絮凝技术和内部微电解技术。与电絮凝和内部微电解相比，膜基电化学技术在各种场景下的部署具有优异的工艺性能和能量效率。近年来，膜电容去离子技术（MCDI）尤其在水净化和资源回收方面受到广泛关注。MCDI是一种新兴的基于膜的电化学技术，它将选择性离子交换膜（IEMs）与电容性去离子（CDI）结合在一起，其中（1）离子通过在固液界面形成的双电层（EDL）向相反带电的电极迁移，（2）IEMs选择性地在膜上传输离子，同时根据它们的大小、电荷和/或其他相互作用限制其他离子。MCDI可用于去除氟（F−）、铅离子（Pb2+）、硝酸盐（NO3−）和溴（Br−）等带电污染物。在其他应用中，有价值的资源，即锂（Li+）、氨（NH4+）和磷酸盐（HxPO4x−3）可以通过MCDI从盐水，海水和废水中回收。

在实际应用中，选择性是离子种类分离和回收的关键考虑因素。通常，水源水含有复杂的背景成分，可能会影响目标物种的分离和回收。例如，在盐湖卤水中，特别是镁离子/锂离子浓度比（Mg2+/Li+）较高的盐湖卤水中，Mg2+离子可能对分离性能，设备稳定性以及沉淀得到的锂产品纯度产生不利影响。与反渗透（RO）、多级闪蒸和纳滤（NF）等其他方法相比，MCDI通过调节电极表面与靶物质之间的相互作用，对各种带电物质甚至不带电的有机污染物表现出显著的选择性。虽然很少有关于离子交换材料及其在MCDI中的性能的综述论文，但仍然缺乏对该工艺的选择性及其挑战和对应方法的概述。因此，通过MCDI工艺对离子和非离子物质进行选择性分离和回收的相关文献进行全面的综述是必要的。

这篇综述提供了MCDI过程的基本原则和里程碑的全面概述。综述了MCDI工艺在不同物种选择性分离和回收中的应用前景、面临的挑战和对策，以及MCDI工艺在不同物种选择性分离和回收中的作用机制。最后，讨论了MCDI工艺在水处理中实现规模化潜力的未来可能的研究需求。

内容简介

膜电容去离子（MCDI）以其简单、环保、去除效率高、能耗低等优点，在多种离子的选择性分离和回收方面受到广泛关注。然而，关注这一领域的挑战和机遇的综述论文很少。因此，本文综述了MCDI工艺的基本原理和重要进展。MCDI工艺在选择性分离和回收离子方面的潜在应用，如污染物去除、水软化、海水淡化和矿物资源回收，重点介绍了MCDI工艺，并使用各种性能指标对其进行了基准测试。此外，还进一步总结了MCDI工艺面临的挑战和新的对策。提出了MCDI工艺在实际水处理中全面发挥潜力的进一步研究需要。本文综述将为指导基于MCDI的水处理技术的未来发展提供坚实的依据。

图文导读

图1 MCDI的发展(a)过去几十年MCDI发展的主要事件 (b)根据Web of Science检索关键词“膜电容性去离子化”提取的数据，近年来关于MCDI工艺的科学出版物数量

总结与展望

MCDI工艺具有简单、环保、去除离子效率高、能耗低等特点，适合于选择性离子分离和回收。当前的MCDI研究仍集中在实验室阶段，只有少数几个案例报道了MCDI用于实际场景盐水处理的可行性。因此，为了推动MCDI达到更大规模的应用，有必要克服上文提及的挑战。在此综述中，我们提出了MCDI工艺在水和废水处理中充分发挥潜力的未来研究需求：（1）未来研究MCDI的发展应考虑其多功能性（即去除污染物、回收金属、产水和发电），并明确关注真实应用场景，以定制整个工艺流程。（2）在部署之前，有必要系统地探究从实验室规模到大规模应用的放大策略。（3）应在实际场景中进行长期稳定性测试，并采取相应的保护措施，包括水预处理和先进材料的开发，以提高系统稳定性，同时考虑到天然有机物、重金属、溶解固体等存在可能引起的污垢和结垢问题。（本刊有删节）详情见热质纳能公众号

第一作者：Qian Xiao

通讯作者：Chuyang Y. Tang, Longqian Xu

通讯单位：香港大学

论文DOI：10.1016/j.memsci.2024.122650

文献链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.122650