当前经济发展、人口激增以及气候变化等因素正在加剧淡水资源短缺的问题，而全球对洁净水的需求也急剧增长。在应对淡水危机方面，海水淡化被视为有效途径之一。传统的脱盐方法，如反渗透（RO）、电渗析（ED）、多级闪蒸（MSF）以及多效海水淡化（MED）等，通常会彻底去除盐分，很少考虑离子选择性。然而，无论是从人体健康还是从能源与成本的角度考虑，将水中的离子完全去除并非必要，对目标离子进行浓缩纯化和分离往往具有更重要的意义，例如饮用水中微量矿物元素的保留、废水中有毒离子（如砷、硼等）的选择性去除或高价值离子（如锂、磷酸盐等）的回收。CDI是一种新兴的脱盐技术，利用具有低电势（通常≤1.2 V）的多孔电极，通过电吸附去除水溶液中的离子。其定制化的电极材料和界面以及操作的灵活性，使得CDI具备选择性分离的能力。

CDI系统构型发展如图1所示，首个CDI系统于1960年问世，经典的CDI构型包括水流方向垂直于电场方向的流过式CDI（Flow-by CDI）和水流方向平行于电场方向的穿透式CDI（Flow-through CDI），后续通过改进构型显著提升了其吸附性能。在电极和水流通道之间添加离子交换膜（Ion Exchange Membranes，IEMs），称为膜CDI（Membrane CDI，MCDI）。IEMs不仅可以提高脱盐效率，还能抑制溶解氧还原和炭电极氧化等法拉第电极反应的发生以增加炭电极运行寿命。在MCDI基础上，固定电极更换为流动碳浆，进而衍生出流动电极CDI（Flow-electrode CDI，FCDI），其中的流动电极可通过蠕动泵送至电极室，能够实现高浓度溶液连续脱盐，无需单独的解吸步骤。将赝电容电极引入CDI，构成了混合式CDI（Hybrid CDI，HCDI）、摇椅式CDI（Rocking-chair CDI，RCDI）和脱盐CDI电池（Battery CDI，BDI），其通过法拉第反应（即可逆氧化还原反应）机制去除离子。HCDI通常由用于离子嵌入/脱嵌的赝电容电极、用于反离子吸附/脱附的电容电极以及IEMs组成。HCDI系统的不对称结构会产生不平衡的离子存储，从而限制其脱盐性能。因此，有研究者开发出了RCDI，其由两种相同的赝电容阴极材料组成，通道由AEM隔开，无需单独的电极再生步骤即可同时吸附和解吸离子。BDI与HCDI结构相似，由两个对称性赝电容电极组成，同时对阴离子和阳离子进行嵌入/脱嵌。CDI可在常温常压下运行，具有外加电压较低、操作简单、易于自控等优点。在过去的几十年里，CDI受到了研究者们日益广泛的关注，相关出版物的数量呈指数增长，近二十年来Web of Science上以“Capacitive deionization”为主题的论文总量已超过2500篇。

由于CDI具有电极易于调控、可耦合离子选择性膜和聚合物涂层材料、操作条件灵活等优点，在选择性物质领域具有巨大潜力。在近二十年，相关的出版物数量显著增加，到目前为止，所占的比例已经达到了15%。从复杂体系中选择性分离目标污染物或浓缩纯化有价物质是一项关键挑战。研究人员通过调整电极孔径、耦合膜材料、优化操作参数等方法显著提高了CDI电极的选择性。例如调控电极孔径及其分布可以优先吸附与其大小相当的水合离子，通过在电极上进行化学修饰、添加IEMs或涂层等措施也可以提升其选择性。研究表明，在MCDI体系中，膜的使用可以优先吸引二价或多价离子，这有助于提高CDI的选择性脱盐能力，并有效避免共离子排斥效应，允许目标离子优先吸附。此外，使用金属氧化物、石墨烯气凝胶、MXene和其他材料进行离子嵌入也可以选择性地去除水合半径较小的离子。

尽管研究者们已经对CDI进行了广泛地探索，但针对CDI在选择性分离中的总结相对较少。本文综述了利用CDI进行选择性物质分离的研究现状，总结了CDI产生选择性的机制，并比较了其分离性能，阐述了操作参数对选择性的影响，探讨了CDI在选择性分离实际应用中面临的挑战，展望了其未来发展方向。

图1 CDI系统构型发展图

图2  CDI碳基电容性材料实现选择性分离的原理

图3  不同类型赝电容材料选择性去除机理