近期，中科院合肥研究院固體所環(huán)境與能源納米材料中心汪國忠研究員和周宏建副研究員團隊在電容去離子技術同步去除水中四環(huán)素和硬度離子方面取得進展，為電容去離子技術同步分離并去除水中多種離子型污染物提供了思路。相關研究成果以“Synchronous removal of tetracycline and water hardness ions by capacitive deionization”為題，發(fā)表在Journal of Cleaner Production上。

　　四環(huán)素(Tetracycline, TC)是最常見的廣譜抗生素之一，在醫(yī)療、畜牧、水產養(yǎng)殖等領域廣泛用于治療各種細菌感染和病原微生物感染。 然而，通常只有不到30%的抗生素劑量被人類和動物吸收，剩余的抗生素則通過排泄物釋放到環(huán)境中，不可避免地造成了嚴重的環(huán)境污染。此外，天然水體中TC與硬度離子共存是一種普遍現(xiàn)象。特別是TC和硬度離子容易在環(huán)境中形成TC-金屬復合污染物，由于其高流動性和組合毒性，對環(huán)境會造成更嚴重的毒理學問題。 因此，同步去除TC和硬度離子對環(huán)境保護具有重要的實際意義。

　　目前，處理復雜水體污染需要結合多種方式，導致工序繁瑣且成本高。因此，開發(fā)高效簡潔的去除技術至關重要。從原理上分析，電容去離子技術(CDI)可同時去除水中陰離子和陽離子，具有節(jié)能、易操作、連續(xù)運行、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，可應用于海水淡化、硬水軟化、重金屬污染物去除等方面。鑒于此，固體所科研人員利用生物質海帶衍生的多級孔碳(KHPC)組裝了對稱電極的CDI裝置，實現(xiàn)了同步去除水中TC和硬度離子。在吸附等溫線、動力學和循環(huán)穩(wěn)定性等方面對TC的電吸附去除行為進行了系統(tǒng)研究，其最大去除TC容量為925.3 mg g^-1，高于目前已報道的其他材料。更重要的是，經過多次CDI吸附-脫附循環(huán)，其去除率仍保持90%以上。同時，帶有相反電荷的金屬離子被吸附在對電極上，并表現(xiàn)出優(yōu)先離子吸附性能，進一步證明CDI水凈化技術能夠有效地同步去除四環(huán)素和水的硬度離子。

　　 上述工作得到了國家重大研發(fā)專項和國家自然科學基金項目的支持。

        文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128251。

 　　圖1. 電容去離子技術同步去除水中四環(huán)素和硬度離子的示意圖。

　　圖2. （a）在1.2V電壓下KHPC電極對TC的吸附動力學和（b） Kim-Yoon圖（SAC vs. SAR）；（c）KHPC電極材料對TC的吸附等溫線； （d）初始濃度為10 mg L^-1時，KHPC電極材料對TC的循環(huán)吸附性能。　　 

　　圖3. (a) CDI過程中對TC和金屬陽離子的吸附和(b)脫附示意圖；(c)多種共存離子在CDI系統(tǒng)中同步去除性能。