电控离子交换（ESIX）是一种绿色清洁、环保高效的离子分离技术，已被用于多种阴阳离子的选择性分离与资源化利用。ESIX技术核心是针对不同目标离子的选择性分离，设计研发具有高选择性、高吸附量（通量）的电控离子膜。但是，目前已开发设计的电控离子交换膜材料，其制备过程较为繁琐，膜内离子传递阻力大，吸附速率慢，还无法满足ESIX技术工业化应用。针对这一问题，本论文选用导电煤基炭膜作为电控膜电极，研究其电控离子交换特性和离子传递过程，利用炭膜表面与离子形成的双电层效应实现低浓度废水中铅离子的分离与回收，并在炭膜孔道内沉积聚吡咯（PPy）用于水软化工艺。
　　针对废水中低浓度铅离子分离，本研究采用煤基炭膜结合双电层-电控离子交换机制实现含铅废水净化，并利用炭膜管状多孔结构打破浓差极化，降低离子传质阻力。考察了操作方式（静态、动态）、膜电极电位、不同初始浓度和共存阳离子对Pb2+电控分离性能的影响以及炭膜的循环稳定性。实验结果表明：炭膜作为石墨化多孔炭材料，具有良好的电活性。而且在负电位条件下，利用炭膜电极表面与离子形成的双电层效应和含氧官能团的络合作用共同实现了Pb2+的高效分离。在动态渗透过程中，吸附电位为-5V时，渗透液中始终未检测到Pb2+。即使在多种阳离子共存溶液中，炭膜对Pb2+仍然保持100%的去除率。此外，炭膜在5次吸脱附实验后，去除率仍可达96%，表现出良好的再生性能及循环稳定性。
　　为进一步提高煤基炭膜对钙离子的选择性和吸附量，利用真空抽滤和电化学法将掺杂了聚苯乙烯磺酸根(PSSn-)的PPy填充在炭膜孔道内，采用SEM、气体泡压法、XRD、CV和TG对PPy填充炭膜的形貌结构进行表征分析。搭建电控膜分离系统将PPy/PSS填充炭膜用于水软化工艺，考察对Ca2+的电控分离性能。实验结果表明，PPy/PSS成功填充在炭膜孔道中，炭膜平均孔径减小，电活性性能显著增强。而且在电极电位推动下，利用煤基炭膜电极表面与离子形成的双电层效应和PPy/PSS赝电容特性，实现了Ca2+高效分离，并在吸附电位为-5V时，渗透液中始终未检测到Ca2+。另外考察了膜电极电位、共存离子对Ca2+电控分离性能的影响以及PPy/PSS填充炭膜的电化学稳定性。