Na3 Fe2 (PO4 )3 /活性炭复合电极的电容去离子技术：提升海水淡化性能与能源效率的协同优化

研究人员针对传统海水淡化技术能耗高、材料成本昂贵等问题，开发了Na3 Fe2 (PO4 )3 （NFP）与活性炭（AC）复合电极的电容去离子（CDI）系统。实验表明，AC/NFP 1:2复合电极的脱盐容量达22.0 mg/g，显著优于纯AC电极（18.65 mg/g），但能源效率存在权衡。该研究为低成本铁基材料在可持续水处理中的应用提供了新思路。

　　

全球气候变化导致的水资源短缺正迫使人类寻找更高效的淡水获取方式。传统海水淡化技术如反渗透（RO）和多级闪蒸（MSF）虽有效，但面临高能耗、高维护成本的瓶颈。电容去离子（CDI）技术因其低电压（<1.5 V）操作和材料灵活性成为新兴解决方案，但电极材料的性能与能源效率矛盾亟待突破。

针对这一挑战，来自坦桑尼亚多多马大学和日本学术机构的研究团队在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表研究，创新性地将铁基NASICON材料Na₃
Fe₂
(PO₄
)₃
（NFP）与活性炭（AC）复合，构建了高性能CDI电极。研究通过溶胶-凝胶法合成NFP颗粒，采用扫描电镜（SEM）和电化学测试表征材料特性，并在模拟苦咸水环境中对比了不同比例复合电极的脱盐性能与能耗。

材料与化学制备
研究使用Fe(NO₃
)₃
、NH₄
H₂
PO₄
等原料合成NFP，通过PVDF粘结剂与AC混合制备复合电极，重点优化了AC/NFP 1:2和1:4两种配比。

结果与讨论
SEM显示NFP颗粒在AC表面均匀分布（图2）。电化学测试表明，AC/NFP 1:2电极脱盐容量达22.0 mg/g，比纯AC高18%，这归因于NFP的3D离子通道与AC高比表面积的协同效应。但能源效率分析揭示矛盾：AC电极能耗仅0.056 kWh/m³
，而AC/NFP 1:2为0.15 kWh/m³
，主要源于电极-电解质界面电阻差异。

结论
该研究首次证实AC/NFP复合电极在CDI中的应用潜力，Omari Sufiani等作者指出：虽然NFP的引入提升了脱盐容量，但需通过界面工程优化能源效率。这一发现为廉价铁基材料在可持续水处理中的规模化应用提供了重要参考，尤其对非洲等缺水地区具有现实意义。