水是生命的根本,人类赖以生存的源泉,亦是经济发展的基础资源。随着全球社会经济的持续发展,人类对水资源的需求量与日俱增,水资源短缺已成为一个世界性的严重问题。目前,全球已有超过十亿人在不同程度上面临缺少淡水的困境。海水淡化技术是一种获取淡水进而有望成为一个解决水资源危机的可能途径。然而,传统的海水淡化装置存在体积庞大、耗能高、碳排放量大、淡化效率低等问题。电容去离子脱盐技术(Capacitive Deionization, CDI)是基于电化学双电层原理,利用带电电极表面的电化学作用吸附水中带电离子,使水体中溶解性盐类离子(如Na+、Ca2+、C1-、SO42-等)及其它带电物质在电极表面和孔隙内吸附富集,进而实现水净化／淡化的一种新型水处理技术,具有低碳、低耗、低廉及低污等优点而备受关注。高性能电极材料的制备及其结构调控,是CDI技术的核心和关键。本文采用静电纺丝技术,围绕新结构高性能CDI电极材料的可控制备及其CDI脱盐性能之构效关系,开展了系统的研究,包括：①以导电炭黑(CB)、碳纳米管(CNT)及石墨烯(RGO)为基本结构单元,采用共混静电纺丝技术,制备具有高比表面积及高导电性的宏观整体性活性炭纤维(ACF)复合电极材料；②采用超声雾化耦合静电纺丝技术,制备具有三明治结构的石墨烯／活性炭纤维复合电极材料；③以高介孔率商品活性炭为电极,在实验室组装了CDI放大模块,探索CDI技术规模化应用的可行性。主要研究内容及结论如下：(1)以高介孔率CB材料作为基本结构组元之一,能够有效调控电纺法制备的活性炭纤维电极的孔径分布并改善其导电能力。制备得到的CB与ACF复合电极材料(CB/ACF),具有微孔-介孔-大孔分布的多级孔"line-to-point"结构。导电炭黑的存在有效改善了ACF的双电层电容特性,降低了ACF的等效串联电阻和荷电转移电阻。CB/ACF900电极在1.6 V电压下的电吸附容量可达到6.5 mg g-1；多次循环后,脱盐量仍能保持在6.1 mg g-1以上,显示出较好的循环稳定性。(2)以长径比较大的一维CNT材料为基本结构组元之一,创制出孔道结构及导电能力均有明显改善的一体化CNT/ACF复合材料,CNT/ACF-10复合纤维材料具有较高中孔率的双一维"line-in-line"结构。CNT的引入明显提高了CNT/ACF复合电极材料的电化学性能。在1.2 V电压下,CNT/ACF-10电极材料的CDI脱盐量及电流效率分别为6.4 mg g-1和25%,表现出良好的电吸附性能。(3)以二维材料石墨烯为基本结构组元之一,采用原位静电纺丝技术制备出具有较高导电能力、较大中孔孔隙率的"line-plane-line"结构RGO/ACF复合材料。在1.2 V电压下,RGO/ACF-10电极材料的CDI脱盐量达到7.2 mg g-1；添加RGO得到的RGO/ACF-X电极材料的脱盐量及电流效率均高于不添加RGO的纯ACF电极。(4)将超声雾化技术与静电纺丝技术耦合,制备出具有三明治夹层‘’line-in-plane"结构的S-RGO/ACF复合电极材料；所制备的S-RGO/ACF具有大面积的导电网络,其ACF纤维的表面粗糙度显著增加,对盐离子的吸附与脱附能力显著增强。在1.2 V电压下,S-RGO/ACF复合电极材料脱盐量达到9.2 mg g-1,电流效率为33.4%。(5)以高比表面积商用超级活性炭(AC)为CDI电极活性组分,聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂,导电炭黑为导电剂,采用刮膜法制备CDI电极并组装了放大的CDI装置,考察电极电压、吸附时间、进水浓度对电极脱盐性能的影响,以及循环使用性能。经近400小时的循环,装置的脱盐性能仍能保持在5 mg g-1以上；证实了通过电极反接能够实现电极的再生,可有效提高其脱盐性能及延长电极材料的循环寿命。