[發(fā)明專(zhuān)利]一種新型電絮凝吸附電極材料的制備及應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610134431.6
• 申請(qǐng)日: 2016-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105621544A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永剛;馬思思
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C02F1/463
• 分類(lèi)號(hào): C02F1/463;C02F1/469;C02F1/461;C02F1/72;C02F1/70
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Fe/Al復(fù)合凝膠電極的制備方法，屬于環(huán)境水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著人類(lèi)社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)水的消耗和污染都在加劇，有機(jī)物廢水污染日益嚴(yán)重，廢水重金屬含量高，人們對(duì)污水的處理凈化和回用變得很重要。因此尋找一種穩(wěn)定有效，設(shè)備簡(jiǎn)單的污水處理方法成為人們研究和努力的方向。電絮凝處理，超聲處理和吸附技術(shù)都有各自獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可以有效的去除有機(jī)物和重金屬，由于這些方法開(kāi)辟了一種電化學(xué)的綠色途徑，因此引起了廣泛的興趣。

目前電絮凝的反應(yīng)機(jī)理是以鋁、鐵等金屬為陽(yáng)極，在直流電的作用下，陽(yáng)極溶蝕，產(chǎn)生金屬離子，在經(jīng)歷一系列水解、聚合、亞鐵的氧化過(guò)程，產(chǎn)生各種羥基絡(luò)合物，這種羥基絡(luò)合物具有很強(qiáng)的絮凝作用；陰極可以使廢水中氫離子還原為氫氣，氫氣發(fā)生氣浮作用，這兩種作用可以去除廢水中的膠體、懸浮物質(zhì)等。但現(xiàn)有方法存在以下不足：第一、電解效果不理想，很難將廢水達(dá)標(biāo)，第二、電解消耗陽(yáng)極，極板更換過(guò)于頻繁，耗材多，第三、陽(yáng)極電解板在電絮凝過(guò)程中容易發(fā)生鈍化問(wèn)題，降低電解效率。本發(fā)明專(zhuān)利公布了一種Fe/Al復(fù)合凝膠電極的制備方法，可以有效克服以上問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是為了提高電解效率，解決鈍化問(wèn)題，多種處理方法融為一體，操作簡(jiǎn)單，并進(jìn)行實(shí)際操作，在廢水中的應(yīng)用。反應(yīng)機(jī)理：通入直流電源，F(xiàn)e/Al凝膠復(fù)合陽(yáng)極在外加電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生金屬陽(yáng)離子Fe³⁺或Al³⁺，陰極產(chǎn)生·OH，兩者結(jié)合生成氫氧化物和多核羥基配合物，最終形成氫氧化鐵和氫氧化鋁絮體，通過(guò)吸附架橋或電荷中和將大分子有機(jī)物沉降下來(lái)。在電解過(guò)程中，F(xiàn)e/Al凝膠復(fù)合電極由于凝膠具有大比表面積，孔隙率高，可以吸附大量有機(jī)物到電極表面，并發(fā)生反應(yīng)。

本發(fā)明現(xiàn)所采用的技術(shù)方案是：將金屬引入到小分子凝膠劑中是制備功能性凝膠的一條重要途徑，提高電導(dǎo)率，產(chǎn)生鐵鋁復(fù)合氫氧化物絮體，海藻酸鈣與鐵鋁置換成海藻酸鐵鋁凝膠，具有高吸附性。對(duì)含金屬的小分子凝膠體系的研究將是制備具有獨(dú)特性質(zhì)超分子凝膠的一個(gè)熱點(diǎn)。本發(fā)明節(jié)省資源，充分利用廢鐵屑，降低了電極成本，將無(wú)用的金屬變?yōu)橛杏玫男跄齽?，凈化水質(zhì)，是環(huán)保友好材料。一種Fe-Al復(fù)合凝膠電極材料的制備及應(yīng)用方法，包括具體以下步驟：

步驟1：是以海藻酸鈉為原材料，將一定的海藻酸鈉粉末溶解在去離子水溶液中，恒溫加熱，磁力攪拌機(jī)攪拌均勻，配置成海藻酸鈉溶液；

步驟2：在步驟1中的海藻酸鈉溶液放一定量的鐵屑；

步驟3：再將鋁粉加入上述海藻酸鈉溶液中，超聲振動(dòng)攪拌均勻；

步驟4：上述海藻酸鈉溶液中勻速滴加氯化鈣，可做成任意形狀的海藻酸鈣凝膠；

步驟5：取出透明海藻酸鈣水凝膠，浸泡在AlCl3溶液中，2h以上，變成白色凝膠即可；

步驟6：取出白色Fe/Al凝膠復(fù)合材料，換取蒸餾水，并繼續(xù)密封靜置保存，水浴，保證水凝膠內(nèi)部高含水率，即可得到Fe/Al凝膠復(fù)合電極材料；

Fe/Al凝膠復(fù)合電極材料有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1.本方法使用的是廣泛的廢金屬，變廢為寶，節(jié)能降耗，充分節(jié)省資源。

2.在處理過(guò)程中多種作用同時(shí)并存，所以能同時(shí)去除多種污染物。在使用Fe/Al復(fù)合凝膠電極電絮凝處理廢水時(shí)，產(chǎn)生四種效應(yīng)，即電解氧化，電解還原，電解絮凝，電解吸附，兼具電氧化、電還原、氣浮、絮凝、吸附等多種作用，這種多功能性使電絮凝技術(shù)具有廣泛的選擇性，在許多方面可以發(fā)揮作用。

3.能夠吸附廢水中的重金屬，有時(shí)可發(fā)生氯化還原反應(yīng)，使毒物降解、轉(zhuǎn)化。

4.電解應(yīng)用范圍廣，對(duì)水質(zhì)沒(méi)有特別要求。

5.電極制作操作簡(jiǎn)單，無(wú)二次污染，不需添加氧化劑還原劑絮凝劑，是環(huán)境友好性材料。

6.吸附性凝膠包圍鐵屑和鋁，鐵屑和鋁做陽(yáng)極防止電解過(guò)程中鈍化膜生成。

7.使廢水中有機(jī)物更好的附著到電極表面，充分氧化還原，減少傳質(zhì)對(duì)流，極大地增加了電極與水體以及污染物的接觸面積和接觸時(shí)間。

8.我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水中鐵含量不超過(guò)0.3mg/L，鋁含量不超過(guò)0.2mg/L，通過(guò)海藻酸鋁絮凝去除。

通過(guò)本方法處理廢水，化學(xué)需氧量去除率至少85％，色度去除率達(dá)到99％。

附圖說(shuō)明

圖1新型Fe/Al復(fù)合凝膠電極平面示意圖

圖2新型Fe/Al復(fù)合凝膠電極與鐵板的COD去除率圖