气候变化和人口增长导致全球淡水资源的日益短缺。随着环境问题的日益加剧,国家对于污水排放日益重视。将电厂废水处理回用是满足日益严厉的政策要求,也是企业可持续发展的必由之路。而电厂实现废水近零排放的重点是实现脱硫废水零排放。利用电容去离子技术（Capacitive Deionization,CDI）处理脱硫废水是缓解水资源紧缺的有效手段。CDI技术具有操作灵活性高（可根据水质要求灵活控制出水水质）、吸附容量大、无需加药及自动化程度高等特点,具有较大的优势和广阔的应用前景。基于此,论文提出利用CDI对脱硫废水进行脱盐处理的技术路线。以脱硫废水中主要含有的阳离子和阴离子为去除对象,分别从结构创新和材料创新的角度出发,设计出了新型非对称CDI装置以及TiO2/CNTs复合材料,针对性地去除目标离子。以实际脱硫废水为研究对象,设计出新型“水池式”CDI装置,探究最佳运行工况与脱硫废水中各离子吸附性能的关系。进一步地,建立了二维浓度传质模型,实现了对CDI中盐离子多物理场动力学行为的模拟与预测。基于实验结果设计出小型试验规模的CDI装置用于处理实际脱硫废水,进一步验证CDI脱盐实际效果。主要研究成果如下:（1）设计了两款新型CDI装置。一款为非对称CDI装置,用于定向去除脱硫废水中的代表性阳离子。另一款为“水池式”结构,这款主要是针对于脱硫废水处理量大、含盐量高以及CDI原有装置存在的一些弊端而设计的。利用这两个装置进行了脱盐实验研究,获取了最佳运行条件。并用COMSOL软件对其内部流动过程进行了模拟。新设计的CDI装置达到了预期的脱盐效果,且具有良好的脱盐稳定性。（2）利用TiO2/CNTs复合材料修饰CDI阳极,催化协同吸附去除脱硫废水中的代表性阴离子—氯离子。对TiO2/CNTs复合材料进行表征,发现其具有优良的物理化学性质。通过脱盐实验,找到了 TiO2/CNTs复合材料最佳配比和最佳运行条件。通过对比发现,经过改性后的TiO2/CNTs复合材料的最大电吸附容量（6.5mg/g）远高于纯CNTs的最大电吸附容量（3mg/g）,证明其有优异的电吸附能力。（3）对CDI装置进行了动力学分析和等温吸附模型分析,结果表明,CDI装置的实验结果与准一级模型比较一致。此外,Freundlich和Redlich-Peterson模型与实验结果更吻合。此外,对脱硫废水中主要含有的阴、阳离子吸附规律进行了探索,得到CDI吸附离子的先后顺序为:Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+和Cl-＞CO32-＞NO3-＞SO42-＞HCO3-。根据先前的模型经验,建立了一种新的二维CDI浓度传质模型。分为沿流向方向和垂直流向方向两个方向,兼顾了电场迁移以及传质扩散等因素,意旨能够分析CDI内部的离子传输过程以及浓度分布情况。结果表明,这种二维浓度传质模型与实际结果的匹配度较高,能够较好模拟CDI的传质过程。二维模型模拟实现了对CDI中盐离子多物理场动力学行为（离子扩散与电迁移）的分析与预测,为CDI内部装置结构优化设计以及浓度传质研究提供依据。（4）针对电厂脱硫废水水质特点,开展小型试验规模试验装置设计,建立了微滤-电容去离子技术为一体的耦合废水处理系统。对CDI脱盐系统开展调试与性能测试,探究不同水质/水量以及工况对脱盐效果的影响,获取小型试验平台最优工作参数。试验结果显示,小型试验装置脱盐率和产水率均可达到60%以上,展现出良好的除盐稳定性。本论文在CDI装置结构、吸附材料,运行条件,脱盐吸附机理,CDI内部模拟与仿真等方面的研究取得了阶段性成果;并基于实验结果与理论分析,开展了小型试验规模装置的设计、制作和试验研究。研究揭示了 CDI性能-条件因素-作用机制之间的内在联系,解决了部分CDI处理脱硫废水中的关键技术问题,形成了一条独具特色的脱硫废水处理技术路线。论文所获取的实验数据为CDI处理脱硫废水的工业应用提供了基础数据,对CDI技术的发展和工程实践提供了有价值的参考。