锰基铁氧体与电吸附技术为高效硬水软化提供新思路

水总硬度是否符合标准是自来水的一个重要参考数据，它主要是描述钙离子和镁离子的含量。硬度是水质的一个重要监测指标，水总硬度根据不同的标准可以进行不同的分类。通过监测可以知道其是否可以用于工业生产及日常生活，水硬度是形成锅垢和影响产品质量的主要因素。因此，水的总硬度即水中钙、镁总量的测定，为确定用水质量和进行水的处理提供依据。因此水硬度的测定方法研究是不容忽视的。分析测定方法很多，主要可分为化学分析法和仪器分析法。

近日，合肥研究院采用基于电容去离子技术发展了锰基铁氧体(MnFe2O4)选择性吸附电极，依托其独特的晶体结构及特有的赝电容效应，该电极展现出高效的选择性电吸附硬度离子能力。这项工作对氧化还原反应和高效离子选择性的内在机理进行了深入研究，为开发具有高选择性水软化作用的新型法拉第材料提供了新参考。

电吸附技术(简称EST)，也可称电容去离子技术(简称CDI)。它是利用带电电极表面吸附水中离子及带电粒子的现象，使水中溶解盐类及其它带电物质在电极的表面富集浓缩而实现水的净化/淡化的一种新型水处理技术。

电吸附技术的原理是通过外加电压在电极之间形成静电场， 带电粒子在静电场中受到静电力而被迫向带相反电荷的电极板移动， 在电极板表面形成双电层，带电粒子吸附并暂时储存在双电层中。当吸附过程达到平衡时撤去电场或反接电源后， 吸附在电极上的离子回到溶液中，达到脱附目的。

在电吸附过程中，电量的储存/释放是通过离子的吸脱附而不是化学反应来实现的，故而能快速充放电，而且由于在充放电时仅产生离子的吸脱附，电极结构不会发生变化，所以其充放电次数在原理上没有限制。

当电极表面电位达到一定值时，双电层离子浓度可达溶液体相浓度的成百上千倍，离子在直流电场的作用下被储存在电极表面的双电层中，直至电极达到饱和，此时，将直流电源去掉，并将正负电极短接，由于直流电场的消失，储存在双电层中的离子又重新回到通道中，随水流排出，电极也由此得到再生。

电吸附装置的核心是电吸附模块。电吸附模块通常由电极、集电极、隔离体、固定端板、紧固件及电引线和配套管路管件等组成。多对电极、集电极和隔离体通过固定端板、紧固件固定组成电吸附处理单元，又称电吸附模块。

电吸附和传统的去离子技术相比，具有多方面的优势：

(1)电吸附技术污染小、能量利用率高，整个过程不会有副产物产生，对环境友好;(2)电吸附过程操作简单;(3)电吸附技术对资源的利用率高，可以分离含量低、常规方法难以分离的物质。

电极作为电吸附装置最重要的组成部分， 是电 吸附技术的关键。 电极性能的好坏直接决定着吸附 速率快慢、吸附量大小以及选择性的优劣。性能优异 的吸附电极具有导电性好、稳定性高、比表面积大、 孔容适宜、吸附容量大、选择性高等特点〔4〕 。 对电极 的要求也就决定了制备电极的原材料应该具备特点：

(1)大的比表面积。比表面积越大，电极和溶液 接触面越大，吸附速率越快;(2)适宜的孔径。研究表 明孔径处于介孔范围时，吸附效果最 好;(3)大的孔容。孔容大则吸附和储存离子的空间越大，吸附效果 越好。 (4)来源广、环境友好、性能稳定且易于成型。

新闻来源：中国科学院合肥物质科学研究院

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