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1、去除固态微粒：沉淀、膜过滤、吸附等； 传统的水处理技术传统的水处理技术 去除固态微粒：沉淀、膜过滤、吸附等； 去除有机物：絮凝沉淀、过滤吸附、紫外杀去除有机物：絮凝沉淀、过滤吸附、紫外杀 菌、暴气氧化、微生物分解等； 脱盐（去除阴阳离子）： 闪蒸、离子交换、反渗透、电渗析等。闪蒸、离子交换、反渗透、电渗析等。 电渗析 闪 电渗析 闪蒸蒸 离子交换反渗透离子交换反渗透 蒸蒸 反渗透反渗透压力消耗高压力消耗高，水利用率低水利用率低，常清洗常清洗 传统的脱盐技术传统的脱盐技术 反渗透反渗透: 压力消耗高压力消耗高，水利用率低水利用率低，常清洗常清洗 渗透 反渗透 渗透 反渗透 渗透：稀溶液的溶剂自然
2、的穿过半透膜向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液 的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压。的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压。 反渗透：若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流 动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透。 电渗析电渗析:费能费能，电解水电解水，成本高成本高利用离子交换膜的选择透过性。阳离子 传统的脱盐技术传统的脱盐技术 电渗析电渗析: 费能费能，电解水电解水，成本高成本高利用离子交换膜的选择透过性。阳离子 交换膜只允许阳离子通过，阻档阴离子通 过，阴离
3、子交换膜只允许阴离子通过，在 外加直流电场的作用下，水中离子作定向外加直流电场的作用下，水中离子作定向 迁移，从而达到盐水淡化的目的。 传统的脱盐技术传统的脱盐技术 离子交换离子交换: 二次污染，成本高二次污染，成本高 离子交换树脂是一类具有离子交换 功能的高分子材料。在溶液中它能将 本身的离子与溶液中的同号离子进行本身的离子与溶液中的同号离子进行 交换。 阳离子交换树脂大都含有磺酸基 （SO3H）、羧基（COOH）或苯酚（SO3H）、羧基（COOH）或苯酚 基（C6H4OH）等酸性基团，其中的 氢离子能与溶液中的金属离子或其他 阳离子进行交换。阳离子进行交换。 阴离子交换树脂含有季胺基-N
4、（CH3）3OH、胺基（NH2）或亚胺 基（NRH）等碱性基团。它们在基（NRH）等碱性基团。它们在 水中能生成OH-离子，可与各种阴离 子起交换作用。 传统的脱盐技术传统的脱盐技术 闪蒸闪蒸: 消耗大量的能量消耗大量的能量且且能量利用率低能量利用率低 盐水加热到一定温度后引 yA 盐水加热到一定温度后引 入闪蒸室，由于闪蒸室中的压 力控制在低于热盐水温度所对 应的饱和蒸汽压的条件下，故 闪 蒸 yA 加热器 原料液 减压阀 应的饱和蒸汽压的条件下，故 热盐水进入闪蒸室后即成为过 热水而急速地部分气化，从而 蒸 罐 xAQ 使热盐水自身的温度降低，所 产生的蒸汽冷凝后即为所需的 淡水。淡水。
5、新型脱盐技术新型脱盐技术 优点优点优点优点 低成本、高效率、无污染、长寿命 优点优点 操作简单操作简单 再生过程无需化学药品再生过程无需化学药品 优点优点 操作简单操作简单 再生过程无需化学药品再生过程无需化学药品 电容去离子CDI技术电容去离子CDI技术 投入少投入少 水利用率高水利用率高 无或低结垢无或低结垢 投入少投入少 水利用率高水利用率高 无或低结垢无或低结垢 ED V RO：3-5 kWh/m3 V CDI 电容去离子原理电容去离子原理电容去离子原理电容去离子原理 利用材料表面双电层进行电容吸附去除水中电性物质 Power -+ 利用材料表面双电层进行电容吸附去除水中电性物质 Ca
6、COCaCO3 MCOMg CO3 NaCl H2O 去除元素去除元素去除元素去除元素 早期研究历史早期研究历史早期研究历史早期研究历史 1960s:美国启动电容去离子研究，俄克拉何马大学的研究人员使 用多孔活性碳电极处理盐水，但当时大多数研究都停留在电吸附、 美国启动电容去离子研究，俄克拉何马大学的研究人员使 用多孔活性碳电极处理盐水，但当时大多数研究都停留在电吸附、 电解吸附的论基础方面电解吸附的论基础方面电解吸附的电解吸附的理理论基础方面论基础方面。 1980s: 以色列和日本先后开始研究电容去离子技术，但没有很好以色列和日本先后开始研究电容去离子技术，但没有很好 的突破的突破的突破的突
7、破。 CDI的第一次革新是在的第一次革新是在90年代采用碳气凝胶作为电极材料，由美 国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（ 年代采用碳气凝胶作为电极材料，由美 国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）投资）投资4000万美元进行研发万美元进行研发 随后随后FarWest Group (2001年年8月之后更名为月之后更名为CDT Systems, Inc.)于于 1997年获得碳气凝胶的年获得碳气凝胶的CDI技术授权，投资技术授权，投资700万美元进行商业化万美元进行商业化 运作运作目的是降低成本目的是降低成本提高系统整体效率提高系统整体效率运作运作，目的是降低成本目的是降低成本，提高系统整体效率提高系统
8、整体效率 目前目前国际研究概况国际研究概况 GE Sabrex CDT BiI 目前目前国际研究概况国际研究概况 Biosource. Inc Siemens LLNL U WisconsinMadison Georgia Inst Technolg Philip Voltea B.V T U Delft ENPAR Inc T U Delft Wageningen U KAIST Kongju National Uni. Luxon Energy Devices Corpor. CSIRO U West Aus. U South Aus Zuckerberg Institute Ben-Gu
9、rion U Negev East China Normal UEast China Normal U Tsinghua U CDT Systems, Inc. 企业企业 科研单位科研单位 电极材料选择电极材料选择电极材料选择电极材料选择 高的比表面积; 良好的导电性； 良好的导电性； 高比电容；高比电容； 良好的化学惰性 碳气凝胶多孔碳/活性碳碳纳米管石墨稀 碳气凝胶电极碳气凝胶电极碳气凝胶电极碳气凝胶电极 C.J. Gabelich, et al. Environ. Sci. Technol. 36 (2002) 3010. J.C. Farmer, et al. J. Electroch
10、em. Soc. 143 (1996) 159; Energ. Fuel. 11 (1997) 337. 多孔碳电极多孔碳电极多孔碳电极多孔碳电极 C.D. Liang, et al. Angew. Chem. Int. Edit. 47 (2008) 3696. L.X. Li, et al. Carbon 47 (2009) 775. 活性碳纤维电极活性碳纤维电极活性碳纤维电极活性碳纤维电极 M. Wang, et al. New J. Chem. 34 (2010) 1843. 碳纳米管碳纳米管 碳纳米纤维复合电极碳纳米纤维复合电极碳纳米管碳纳米管-碳纳米纤维复合电极碳纳米纤维复合电极
11、石墨稀电极石墨稀电极石墨稀电极石墨稀电极 20102010年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖：英国曼彻斯特大学安德烈英国曼彻斯特大学安德烈 海姆和康斯坦丁海姆和康斯坦丁 诺沃肖洛夫诺沃肖洛夫。20102010年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖：英国曼彻斯特大学安德烈英国曼彻斯特大学安德烈海姆和康斯坦丁海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫诺沃肖洛夫。 电极材料比较电极材料比较电极材料比较电极材料比较 活性碳、多孔碳活性碳、多孔碳 高分子粘结剂高分子粘结剂 极高的电阻极高的电阻 碳气凝胶碳气凝胶高昂的成本高昂的成本难于推广难于推广 石墨稀材料石墨稀材料新材料，有待于研究新材料，有待于研究 碳纳米管碳纳米管 离子交
12、换膜离子交换膜离子交换膜离子交换膜MCDIMCDI技术技术技术技术 CDICDI器件的研制器件的研制器件的研制器件的研制 MCDIMCDI器件的研制器件的研制器件的研制器件的研制 CDI处理前后的溶液对比 MCDIMCDI水处理机的研制水处理机的研制水处理机的研制水处理机的研制 光光 电电 等离子体催化基本概况等离子体催化基本概况 特点 光光/电电/等离子体催化基本概况等离子体催化基本概况 节能环保；无二次污染;多功能; 特点 主要应用领域主要应用领域 污染治理：有机污染物降解、重金属离子沉积还原 自保洁：抗菌与杀菌、表面去污化 光化学反应：光解水(生物质、污染物)制氢 光化学反应：光解水(生
13、物质、污染物)制氢 CO2转化(光合反应及CO2还原) 有机合成(选择性氧化、C-C和C-H活化) 基本原理 (3) 基本原理 ehh)(ystphotocatalystPhotocatal 光催化电催化等离子体催化 22 OOe 光催化、电催化、等离子体催化 22 OOe 222 OHH2O e 2222 OOHOHOOH OHHOH)(hl hOHHOH)(ystphotocatal 2 h 可见光光催化技术可见光光催化技术可见光光催化技术可见光光催化技术可见光光催化技术可见光光催化技术可见光光催化技术可见光光催化技术 可见光降解，六价铬、染料10 mg/l 降解率 95% LEDs灯在光
14、催化中的应用 传统光催化材料传统光催化材料 新型光催化材料 传统光催化材料 新型光催化材料新型光催化材料 电催化技术电催化技术电催化技术电催化技术电催化技术电催化技术电催化技术电催化技术 电催化降解染料5000 mg/l 降解率 99% 电催化降解染料10000 mg/l 降 解率98% 等离子体催化技术等离子体催化技术等离子体催化技术等离子体催化技术等离子体催化技术等离子体催化技术等离子体催化技术等离子体催化技术 等离子体降解染料200 mg/l 降率降解率 90%等离子体降解染料400 mg/l 降解率 80% 等离子体微气泡净化技术等离子体微气泡净化技术等离子体微气泡净化技术等离子体微气
15、泡净化技术 增大与水的接触面积 增加在水中的停留时间 极大地提高有机物的氧化效率 光电催化净化器件光电催化净化器件光电催化净化器件光电催化净化器件光电催化净化器件光电催化净化器件光电催化净化器件光电催化净化器件 国际领先的新一代水处理技术国际领先的新一代水处理技术 高效率的节能环保水处理技术 纳米碳基电容去离子模块纳米碳基电容去离子模块(CDI) 纳光电材料的工程化应用纳光电材料的工程化应用 发表SCI论文30余篇 纳米碳基电容去离子模块纳米碳基电容去离子模块(CDI) 发表SCI论文30余篇 CDI prototype 国际领先的新一代水处理技术国际领先的新一代水处理技术 CDI处理前后的溶
16、液对 比 光电催化电容去有机物模块光电催化电容去有机物模块（PEC） 高效率的节能环保水处理技术 纳光电材料的工程化应用纳光电材料的工程化应用 太阳能驱动的全天候水处理系统太阳能驱动的全天候水处理系统太阳能驱动的全天候水处理系统太阳能驱动的全天候水处理系统 光电催化系统分解有机物光电催化系统分解有机物光电催化系统分解有机物光电催化系统分解有机物 光电催化电容去有机物模块光电催化电容去有机物模块（PEC） 光电催化系统分解有机物光电催化系统分解有机物光电催化系统分解有机物光电催化系统分解有机物 养猪场污水净化养猪场污水净化 LEDLED t lt l CapacitorCapacitor 养猪场污水净化养猪场污水净化 LEDLED nanocrystalnanocrystal s s CapacitorCapacitor 节能环保的新一代水
