废水资源化与能源化利用是环境技术发展的重要方向，电渗析可实现废水中有价物质的回收，但目前无法有效分离废液中的同价离子（如K+/Na+、NO3-/Cl-），且存在膜污染及能耗高的问题。本研究利用聚吡咯（Polypyrrole，PPy）电控离子交换的特性，合成了系列PPy选择性离子交换膜，同时将其作为电极建立氧化还原晶体管电渗析器，实现了K+（对Na+）和NO3-（对Cl-）的连续选择性分离，并增强了离子交换膜抗无机污染的性能。PPy在氧化还原状态下掺杂/脱掺杂离子以保持电荷平衡，可利用电信号控制其离子交换而完成晶体管电渗析过程。进一步将晶体管电渗析与脱盐电池耦合，构建三室晶体管电渗析器，实现目标离子和电能的同步回收。本研究为废水/液中目标离子的分离回收提供新的理论和技术支持。
       通过电化学沉积法成功制备十二烷基苯磺酸根掺杂的聚吡咯（Polypyrrole-dodecylbenzenesulfonate，PPy-DBS）阳离子交换膜电极，对K+具有交换选择性。K+、Na+、Ca2+在PPy-DBS膜电极内的扩散系数分别为1.70×10-6 cm2/s、3.65×10-7 cm2/s、2.78×10-7 cm2/s。K+因更小的水合离子半径和水合能而更容易在膜内扩散；此外，K+与PPy-DBS间的结合能较Na+更大，因而有助于PPy-DBS优先交换K+。装配有PPy-DBS膜电极的晶体管电渗析器用于连续分离K+，连续运行180 min时，接收液中K+和Na+的浓度分别为0.76 mmol/L和0.39 mmol/L，K+/Na+分离因子为1.99（原料液中K+/Na+为1），实现了K+（对Na+）的选择性分离。进一步合成聚吡咯改性活性炭（Polypyrrole-dodecylbenzenesulfonate-modified active carbon，PPy-DBS-MAC）复合膜电极，具有更大的离子交换量，180 min时接收液中K+和Na+的浓度分别为1.04 mmol/L和0.55 mmol/L，分离因子为1.95。此外，在脉冲电压的作用下，PPy-DBS膜可抑制Ca2+的沉积而具有防垢/防污能力。晶体管电渗析回收K+的能耗为3.80 kWh/kg K+，比传统电渗析降低37％。
       采用电化学沉积法成功制备对甲苯磺酸根掺杂的聚吡咯（Polypyrrole-p-toluenesulfonic acid，PPy-pTS）阴离子交换膜电极，对Cl-具有交换选择性。NO3-和Cl-在PPy-pTS膜电极内的扩散系数分别为 2×10-7 cm2/s和 5.27×10-8 cm2/s，因此NO3-更容易被PPy-pTS膜电极交换分离。采用装配有PPy-pTS膜电极的晶体管电渗析选择性分离NO3-，连续运行180 min，接收液中NO3-的浓度为0.11 mmol/L，Cl-的浓度为0.06 mmol/L，NO3-/Cl-分离因子为1.83（原料液中NO3-/Cl-为1）。同时采用PPy-pTS和PPy-DBS为阴离子和阳离子交换膜电极，构成三室晶体管电渗析器，实现K+和NO3-的选择性回收，660 min时K+/Na+、NO3-/Cl-分离因子分别为1.36和2；同时通过膜电极间电势差放电回收电能，最大电流为8.60 μA。