台湾地形山高水急，水资源汲取不易，如何有效用水成为国家民生、工业和农业发展的关键。为此，台湾大学化学工程学系吴嘉文教授和环境工程学研究所侯嘉洪教授整合了科技部两项计画，成功开发了「奈米孔洞碳材於高效电容去离子系统」，以更节能且有效率的技术利用再生水资源。

带领台湾创新水技术研发团队的台大吴嘉文教授和侯嘉洪教授，以及科技部工程司徐硕鸿司长，共同展示原型机。（摄影／吴雅婷）

这项技术打破了过去「以电换水」的做法，负责开发该系统实际应用的侯嘉洪教授表示，利用创新材料的高导电性、高比表面积和高化学稳定度，实现低能耗且高净水回收率的再生水利用系统，未来可??运用在高科技冷却水、化工厂污水处理及民生饮用水等场域。

「奈米孔洞碳材於高效电容去离子系统」可分为「奈米孔洞碳材」和「电容去离子技术」两部分来进行探讨。

材料方面，该技术开发团队透过结合金属和有机框架，在热裂解後，金属官能基碳化，成为具高比表面积的碳材，但缺点是导电性较低。因此，该团队将碳材嵌入金奈米颗粒，其电吸附能力（salt adsorption capacity；SAC）最终从8.36mg/g倍增至14.31mg/g，达到高效去离子化。

技术方面，电容去离子技术（capacitive deionization；CDI）为2010年後较受重视的新兴制程，原因是该技术是利用电吸附（electrosorption）现象，把奈米孔洞碳材当作电极，将水中离子大量储存於奈米孔洞中，而不需化学药剂或高能耗的热蒸散系统，达到高效节能的去离子效果。

负责研发创新材料的吴嘉文教授解释，国际上脱盐（desalination）和离子分离技术（deionization）的发展趋势从高耗能的热制程，例如多效蒸发法（multiple-effect distillation；MED）和多级闪蒸法（multi-stage flash distillation），逐渐走向高效节能制程。CDI技术不仅耗电量低，约为0.1~0.5kWHh/m³，且净水回收率超过80%，能够真正地实现节水环保。

他进一步指出，CDI技术的潜在应用广泛，包含水淡化、硬水软化、污水净化（例如硝酸盐和砷的去除）、废水采矿（例如??、镧、箜）和重金属去除（例如铜、锌、镍），还可能建立循环型水资源处理系统，提供新兴水资源。

这项水科技创新技术以论文「金属有机框架之衍生碳材料：沸石咪??窬骨架-8衍生氮掺杂孔洞碳材」（“High Performance Capacitive Deionization Using Modified ZIF-8 Derived N-doped Porous Carbon Electrodes with Improved Electrical Conductivity”），在去（2018）年发表於国际期刊Nanoscale，获得广泛回响。

此外，该技术已技术移转至新创公司普泉科技（POWER PURE），预计在1~3年内完成商品化。侯嘉洪教授透露，奈米碳材电容去离子技术未来将聚焦高科技产业，相较於工业废水处理，高科技产业的用水多以建构分流系统，且水资源价值明确，待商品化发展成熟，该技术能带来1/3~1/2的用电成本。