由于制造工业的迅速崛起，环境污染日益加剧，全球淡水资源紧缺愈发成为影响21世纪社会进步和人口增长的重要因素。虽然地球表面约71%被水所覆盖，但这些水中海水占据96.5%，淡水资源寥寥无几。因此，从海水中获取淡水资源成为缓解淡水危机最具前景的方式之一。相较于反渗透、电渗析等其他海水淡化方式，电容去离子技术拥有能源高效利用、环境友好和操作简便等优势，被认为是未来实现“双碳”目标的有效海水淡化候选技术之一。

近年来，流动电极电容去离子技术 (Flow electrode capacitive deionization, FCDI) 因具有伪无限吸附能力和较快的盐离子吸附速率，被证明可以处理高盐度盐水甚至海水（35g/L），受到研究者的广泛关注。然而，实验室用FCDI装置普遍存在串流漏液情况，影响实验稳定性和装置脱盐性能，给实验性能验证和实验进度带来严重干扰。此外，传统的蛇形流道不利于碳浆料流动，导致其在急速拐角处流速较慢，直线处流速较快，这种流速不均匀的行为严重削弱了FCDI装置的脱盐性能。因此，在优化FCDI装置改进串流漏液问题的基础上，对碳浆料流道的进一步设计显得尤为重要。

固体所研究人员提出一种新型FCDI装置，成功解决了串流漏液问题。新型FCDI装置采用包裹式结构，代替传统装置的堆叠组装形式，从根本上解决了漏液的风险。同时，新型FCDI装置采用盐水侧进侧出方式代替原有的流穿组件式，解决了串流的问题（图1）。基于此，实验人员对流道进行了优化设计，提出利用阿基米德螺旋模型减小拐角处与直线处的流速差异，提升装置的脱盐性能。CFD模拟计算和实验结果显示，阿基米德螺旋流道使得碳浆料的流速更加均匀，脱盐性能显著提升（图2）。新型FCDI装置在3.5g/L盐水的脱盐测试中表现出优异的脱盐性能，脱盐率达到99.88%，且具有实际应用性。该工作成功提升了FCDI装置的稳定性和脱盐性能，对后续流动电极电容去离子装置的发展和工业化推进具有重要意义。

上述工作得到了科技部国家重大研发专项、国家自然科学基金委基金项目和安徽省重点研发计划的支持。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestengg.1c00445

图1. (a) 传统FCDI装置与 (b) 新型FCDI装置装配图。

图2. (a) 螺旋流道示意图； (b) 螺旋流道流场分布图； (c) 螺旋流道低流速区域图； (d) 蛇形流道示意图； (e) 蛇形流道流场分布图； (f) 蛇形流道低流速区域图。

参考资料：http://www.hf.cas.cn/xwzx/jqyw/202206/t20220614_6460795.html