水资源短缺是全球治理的重点和难点。根据2021年联合国世界水资源发展报告表明：2025年，全球2/3的国家和地区将遭受缺水的威胁。近年来受全球气候变化影响，极端干旱事件频发，进一步加剧了水资源的供需矛盾。其中内陆地区气候较为干旱，水资源短缺问题尤为突出。然而，内陆地区通常广泛分布着苦咸水资源，并且储量丰富，例如我国西北干旱地区苦咸水储量高达1626亿立方米。因此，苦咸水等非常规水资源开发利用正在成为应对日益严重的全球水资源危机的重要手段。

电化学脱盐技术在原水利用率方面优势显著，尤其适合中低盐度苦咸水淡化。其中液流去离子（Redox Flow Deionization，RFD）是近年来兴起的一种高效电化学脱盐技术，其低能耗、高脱盐效率的特性引起了学术界的广泛关注。然而，原水在脱盐过程中电导率降低，不可避免地引起RFD模块电阻增加，从而降低脱盐速率、增加比能耗，限制了脱盐性能的进一步提升。

        针对该问题，我院博士一年级水务工程专业研究生林鹏在导师杨涛教授指导下，提出了一种在RFD模块中构建离子传递通道的新方法，利用离子交换剂高导电性的特点，在低电导率溶液中建立适合于离子传递的通道，从而降低设备电阻。研究结果表明，带离子传递通道的RFD设备（即IE-RFD设备）处理低盐度苦咸水时的电阻大幅降低，实现了低能耗、高品质出水的脱盐淡化，并在长期持续脱盐测试中表现出良好的稳定性。研究成果近日发表于能源材料著名国际期刊《Nano Energy》（2022年影响因子19.069）。

图1   (a)IE-RFD原理图；(b)RFD和IE-RFD的在不同NaCl浓度下的比能耗和脱盐速率；(c)IE-RFD在不同电流密度下的能耗、平均脱盐速率、脱盐率和电流效率；(d)RFD和IE-RFD性能差异的解释；(e)RFD和IE-RFD在不同NaCl浓度下的电流密度模拟结果。

为了检验这项技术的实际应用效果，林鹏博士还制作了RFD最小脱盐系统试验机，测试了能耗、产水量等性能指标，取得了良好的淡化效果，为进一步扩大淡化规模，指导实际工程应用提供了科学依据。研究成果在我国内陆地区，具有重要的应用前景。

图2  试验机运行效果

论文信息：Peng Lin, Tao Yang, Zhengtong Li, Wei Xia, Xiaoxu Xuan, Xun Sun,

Saad M. Alshehri, Tansir Ahamad, Yusuke Yamauchi, Xingtao Xu, Yoshio Bando. Ion Transport Channels in Redox Flow Deionization Enable Ultra-high Desalination Performance[J]. Nano Energy, 2022: 107652, doi: 10.1016/j.nanoen.2022.107652.

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522007303