本文聚焦电容去离子技术（CDI）中碳材料的选择性离子分离，其研究背景主要源于全球水问题及CDI技术的发展现状：
1. 水问题驱动：全球面临水资源短缺和水污染挑战，高效环保的水处理技术成为关键研究方向。
2. CDI技术优势：CDI作为新兴脱盐技术，具有低能耗、无二次污染、易操作等优点，在学术领域非常关注并取得研究进展。其基础原理是在电场作用下实现离子吸附和解吸，形成双电层。
3. 选择性需求凸显：不同废水中离子类型多样且有害，选择性去除成为CDI未来应用的关键功能。同时，CDI还能实现对有价值离子的选择性富集和利用，达到污染修复与资源回收的双重效果。
4. 碳材料的应用与局限：碳材料因高比表面积、良好导电性、多孔结构和低成本等优势，成为CDI电极的首选材料。然而，其离子选择性欠佳，提升碳材料的离子选择性可增强CDI对目标污染物的选择性去除能力，这是其他脱盐技术难以解决的环境挑战。
5. 研究空白：目前关于CDI用碳材料选择性离子分离能力的全面综述较少，本文旨在填补这一空白。
有鉴于此，喀什大学土木工程学院马杰院长团队环境生态修复功能材料与技术团队首次全面分析了具有选择性离子分离功能的碳材料在电容去离子化（CDI）中的应用，重点介绍了该领域的最新进展、挑战和未来发展趋势。相关成果发表在国际学术期刊ChemSusChem期刊上。
首次系统总结了碳材料在电容去离子化（CDI）中选择性离子分离的研究进展，填补了传统CDI技术在离子选择性方面的研究空白。
详细分析了活性炭、碳纳米管、石墨烯和碳气凝胶等碳材料的性能特点及其改性策略，为材料选择提供了科学依据。
提出了孔结构设计、表面功能化和操作参数优化等多种策略，为提升离子选择性提供了系统性解决方案。
涵盖了从重金属去除到海水淡化资源化、资源回收等多个领域，展示了CDI技术的应用潜力。
指出了开发先进材料、优化电化学条件、规模化应用及人工智能集成等未来研究方向。
CDI因其能源效率和环境可持续性而成为一种前景广阔的海水淡化方法。碳基材料，如活性炭、碳纳米管、石墨烯和碳气凝胶，由于其优异的导电性、高比表面积和化学稳定性，被广泛用作CDI系统中的电极材料。然而，一个关键局限性：传统碳材料缺乏固有的离子选择性，这限制了其在目标离子去除和资源回收中的应用。
CDI碳材料选择去除目标离子主要是依靠双电层效应、离子交换膜的作用、孔径的影响以及表面改性等。这些机制共同作用使得电容去离子技术在海水淡化、去除工农业用水污染物和生活用水软化等领域具有广泛的应用前景。
活性炭：成本低，但去离子效率和选择性差。通过酸处理、引入官能团等可提高对特定离子（如硫酸根、硝酸根）的选择性。
碳纳米管（CNTs）：具有高比表面积和良好导电性，但生产所带来的成本高、分散性差。通过掺杂或复合等改性方法可提高对特定离子（如铜离子、磷酸根）的选择性。
石墨烯：理论比表面积高、导电性好，通过氧化还原、表面改性及复合等方法可提高对特定离子（如重金属离子、铀离子）的选择性，但在实际应用中面临选择性、稳定性和成本等挑战。
碳气凝胶：比表面积高、吸附位点丰富，通过调节孔径分布和表面化学性质可实现对特定离子（如钙离子、钠离子）的选择性分离。
作者强调，通过化学或物理方法对这些材料来改性可以明显提高其离子选择性。
孔道调控：设计合适的电极孔结构，可基于离子大小实现选择性识别和分离，优化孔特征可以有效实现CDI选择性去离子。
表面功能化：通过调整表面官能团和电荷分布，可实现对特定离子的选择性吸附，主要机制包括提供活性中心、改变电子结构等。
操作参数优化：施加电压、溶液流速和pH等操作参数明显影响离子选择性，需根据水质和处理要求优化参数以实现最佳离子去除和选择性。
重金属离子去除：CDI技术可选择性去除废水中的重金属离子（如铅、铜、镉等）和放射性铀离子，但需进一步研究提高电极材料的稳定性和再生性能，降低成本。
营养物质回收：CDI碳材料可选择性吸附和回收废水中的氮、磷等营养物质，有助于资源再利用和环境保护。
海水淡化资源化：CDI是一种着迷的海水和苦咸水淡化技术，高性能碳材料的发展将推动其在海水淡化中的广泛应用。
水软化：CDI碳材料对水中的硬离子（如钙离子、镁离子）具有非常明显的选择性去除能力，可实现水的软化。
马杰，教授，博士生导师，喀什大学土木工程学院 院长（援疆），长期致力于（电）吸附分离污染控制技术探讨研究和应用，主持4项国家自然科学基金及多项省部级课题，在Nat. Water, Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Adv. Funct. Mater., Nano Let., Adv. Sci., Small, Research, Water. Res., Environ. Sci. Technol.等期刊以第一/通讯作者发表SCI论文150余篇，ESI高被引/热点论文30篇/次，论文总他引11279次（WOS），参编英文专著3部，授权中国发明专利20项。担任Sci. Rep.、Chinese Chem. Lett.、Sustainable Horizons、物理化学学报等期刊编委，Nanomaterials、Frontiers in Environmental Science客座编辑，新疆工程材料与结构重点实验室学术委员会主任，新疆节能减排专家委员会学术委员会副主任，中国化学会高级会员、中国有色金属学会环境保护学术委员会委员等，入选“上海市东方英才计划拔尖项目”，“上海市人才发展基金”、同济大学“中青年科技领军人才”和“百人计划”等，获上海市自然科学二等奖（1/5），河南省自然科学奖三等奖、中国化工学会基础研究成果奖二等奖等，2016-2019连续四年荣获Publons环境与生态及交叉学科领域“顶级审稿专家”荣誉，担任中国环境科学学会年会《环境修复材料》分会主席，中国材料大会《环境分离净化材料与技术》分会主席，2020-2024年连续五年入选斯坦福大学发布的“全球前2%顶级科学家榜单”，2022年入选科睿唯安“交叉学科”领域全球“高被引科学家”。
阿不都卡德尔•阿不都克尤木，男，尔族，党员，博士、教授，现任化学与环境科学学院院长。2014年在南开大学化学院获得博士学位（优秀博士毕业生）。主要围绕先进功能材料的设计、合成及其应用于生物医学、能源与环境等方面做研究。先后主持国家自然科学基金、自治区自然科学杰出青年项目、自治区高校科研计划重点项目等多项科研项目的研究。近年来在JACS（入选 ESI“高被引论文”）、AnalyticalChemistry、ACS Applied Nano Materials、Journal of Colloid and Interface Science，Food Chemistry等国内外权威期刊上发表论文30多篇，授权国家发明专利4项。入选自治区“万人计划”科学技术创新领军人才后备人选培养工程、“自治区杰青”、“自治区专家顾问团专家顾问”，荣获“新疆青年科技奖”、“新疆最美科技工作人员”，“新疆尔自治区自然科学优秀学术论文二等奖”、南开大学研究生“特等奖学金”、博士研究生“国家奖学金”、“全国大学生年度人物入围奖”等奖项和“南开十杰”、 “新疆尔自治区教育系统优秀员”、喀什大学“教学名师”、“四好老师”、“科研工作先进个人”等荣誉称号。
潘芳慧于2021年在中国安徽师范大学获得生态学博士学位。她曾于2021年7月至2024年8月在同济大学朱洪光教授指导下从事博士后研究。她目前是喀什大学新疆新型功能材料化学重点实验室的教师。在过去五年中，她在《Nanomaterials》《New Journal of Chemistry》《Journal of Environmental Chemical Engineering》等期刊上发表了7篇SCI论文，参与了多项国家级和省部级项目，包括国家重点研发计划子课题《产业园区废弃物梯次利用模式构建研究》以及市校合作科技专项项目《生物质天然气发酵与沼液资源化联产技术开发与应用》。此外，她还参与了多项专利的研发，如“生物电化学系统用电极板可靠性的检测的新方法”和“沼液同步复分解包覆法制备黑色导电纳米碳酸钙的方法”等。她的研究兴趣是电容去离子化（CDI）脱盐及其离子资源回收。
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