[發(fā)明專利]一種電吸附去除水中鎂離子的方法

在審

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• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106830222A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 魏永;趙威;徐斕;江曉棟;姚維昊
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469;D06M11/11;C02F101/10;D06M101/40
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技術領域

本發(fā)明涉及一種水處理技術領域的方法，具體是利用酸化活性炭纖維作為電極材料電吸附去除水中Mg²⁺離子的方法，該方法去除速率快，不產生二次污染。

背景技術

工業(yè)用水中硬度過大，會導致在回收或循環(huán)利用的過程中，在管道壁及設備壁產生結垢，縮小管道與設備的斷面積，減少循環(huán)水流量，甚至堵塞管道及設備，給生產造成嚴重后果。硬度過大的水會導致鍋爐內的管道熱量分布不均勻，容易引起管道變形甚至損壞，嚴重時還會引起爆炸，存在安全隱患，對人體健康造成威脅。生活中，如果水的硬度太大，洗衣服時肥皂不容易起泡沫；用硬水洗頭發(fā)，會損傷發(fā)質；硬水洗衣服會使纖維變硬變脆，會引起皮膚過敏；硬水炒菜不容易熟；硬水會使水壺結垢，不僅浪費資源，而且會導致腸胃不適、腹脹、腹瀉，嚴重時會引發(fā)腎結石等。硬水中含有大量的無機鹽離子，如果水瓶等器具長時間使用后會形成沉淀物，而且包含多種有害物質，若不處理，會導致有害物質大量積累，并溶解在水中，飲用以后，會造成慢性中毒甚至有致癌的作用，對人體健康有很大威脅。

電容去離子(capacitive deionization，CDI)又稱電吸附(electrosorption)，是一種利用帶電的電極表面吸附水中離子和帶電粒子，凈化水體中離子及帶電粒子的新型水處理技術，其優(yōu)點是：去除過程不涉及氧化還原反應，能耗低；吸附飽和后的電極可通過施加反向電壓或短路的方式得以再生，再生操作簡便；去除離子過程中無需添加其他輔助材料，不產生二次污染；整個去除和再生過程中沒有發(fā)生化學反應，電極使用壽命長。因此相比于傳統(tǒng)除鎂處理工藝，電容去離子技術在含鎂等硬度鹽離子廢水處理的應用領域極具應用前景。

活性炭纖維是一種強度大、密度小、耐腐蝕的新型非金屬材料。由于活性炭纖維具有比表面積大，微孔體積數(shù)大以及電阻率小等特點，作為電吸附電極材料得到一定應用。活性炭纖維具有連續(xù)的塊狀結構，能直接用作電吸附電極，因此可以簡化制作工藝并降低使用成本。

發(fā)明內容

本發(fā)明設計一種電吸附去除水中鎂離子的方法，包括以下具體步驟：

(1)活性炭纖維酸化處理：用鹽酸浸泡，然后用大量的去離子水沖洗，直至pH值為中性，電導率值小于5μS·cm^-1。放置于烘箱中110℃烘干，置于干燥器中得到酸化活性炭纖維；

(2)制備活性炭纖維電極：將步驟(1)中的酸化活性炭纖維裁剪成塊狀大小得到活性炭纖維電極；

(3)將步驟(2)中得到的活性炭纖維電極組裝安裝在電吸附模塊中電吸附去除水中硬度鹽離子；

(4)電吸附法去除水中硬度鹽離子：配置硬度鹽離子溶液，量取硬度鹽離子溶液在燒杯中，將步驟(3)中組裝好的活性炭纖維電極電吸附模塊進行電吸附實驗。電吸附實驗利用蠕動泵抽取燒杯中的硬度鹽離子溶液進入到電吸附模塊，最終循環(huán)到燒杯中，同時使用電導率儀實時監(jiān)測溶液中電導率的變化，當電導率保持不變時，即活性炭纖維電極達到吸附平衡。

(5)活性炭纖維電極的脫附再生：當活性炭纖維電極達到吸附飽和，將施加在電吸附模塊上的電壓短路或去除，溶液中的電導率將逐漸恢復到初始值，電極得到了脫附再生。

步驟(1)中所述的鹽酸的濃度為1mol·L^-1，浸泡時間為3h，pH值接近6.9。

步驟(2)中所述的活性炭纖維電極大小為5cm×5cm。

步驟(3)所述的活性炭纖維電極電吸附去除水中的硬度鹽離子為Mg²⁺。

步驟(4)所述的硬度鹽離子Mg²⁺的濃度為100mg/L，工作電壓為1.4V，進水流量為15ml/min。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：活性炭纖維的酸化改性的方法簡便易行，易制作且環(huán)保無二次污染，利用改性后的活性炭纖維電極作為電吸附模塊的電極具有效率高，操作簡單，材料易制得且材料的循環(huán)使用性能與不經(jīng)過改性后的材料具有大幅度的提升。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。

圖1為實施例一中制備的活性炭纖維改性后的掃描電鏡圖(SEM圖)；

圖2為實施例二中溶液Mg²⁺初始濃度對Mg²⁺去除率的影響；

圖3為實施例三中工作電壓對Mg²⁺去除率的影響；

圖4為實施例四中進水流量對Mg²⁺去除率的影響；

圖5為實施例五中活性炭纖維電極的吸附脫附再生次數(shù)對吸附于脫附率的影響。