[發明專利]一種電吸附去除水中鋅離子的方法

在審

• 申請號: 201710040894.0
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106830224A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（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;C02F101/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發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Zn²⁺離子的方法，該方法去除速率快，不產生二次污染。

背景技術

鋅是一種在地球上儲量較為豐富的重金屬資源。我國鋅礦資源儲量居世界第2位。鋅資源廣泛應用于現代工業生產如冶煉、制藥及食品行業之中。鋅是人體健康不可缺少的元素，它廣泛存在于人體肌肉及骨骼中，但是含量甚微，如果超量就會發生嚴重后果。含鋅廢水的排放對人體健康和工農業活動具有嚴重危害，具有持久性、毒性大、污染嚴重等特點，一旦進入環境后不能被生物降解，大多數參與食物鏈循環，并最終在生物體內積累，破壞生物體正常生理代謝活動，危害人體健康。隨著人類對重金屬的開采、冶煉、加工等生產活動的日益增加，產生的重金屬廢水無論是從數量上還是種類上都大大增加，造成了嚴重的環境污染和資源浪費。

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生化學反應，電極使用壽命長。因此相比于傳統除鋅處理工藝，電容去離子技術在含鋅等重金屬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。

發明內容

本發明設計一種電吸附去除水中鋅離子的方法，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重金屬離子；

(4)電吸附法去除水中重金屬離子：配置重金屬離子溶液，量取重金屬離子溶液在燒杯中，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重金屬離子溶液進入到電吸附模塊，最終循環到燒杯中，同時使用電導率儀實時監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重金屬離子為Zn²⁺。

步驟(4)所述的重金屬離子Zn²⁺的濃度為100mg/L，工作電壓為1.4V，進水流量為15ml/min。

本發明的優點在于：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使用性能與不經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Zn²⁺初始濃度對Zn²⁺去除率的影響；

圖3為實施例三中工作電壓對Zn²⁺去除率的影響；

圖4為實施例四中進水流量對Zn²⁺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對吸附于脫附率的影響。

具體實施方式