[發(fā)明專利]一種電容去離子耦合電催化協(xié)同去除重金屬和有機(jī)物的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810338148.4
• 申請(qǐng)日: 2018-04-10
• 公開（公告）號(hào): CN108423776B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柳麗芬;苑麗新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/469
• 分類號(hào): C02F1/469;C02F1/46;C02F101/20;C02F101/34;C02F101/38;C02F101/30
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明屬于水處理及資源回用領(lǐng)域，公開了一種電容去離子(CDI)耦合電催化系統(tǒng)及其協(xié)同去除水中重金屬和有機(jī)污染物的方法。在外加電場(chǎng)的條件下(2V)，耦合電容靜電吸附作用及電催化氧化降解作用，同時(shí)去除重金屬離子和有機(jī)物。本發(fā)明的有益之處：該復(fù)合電極電容去離子系統(tǒng)，采用具有催化活性的電極實(shí)現(xiàn)了水中重金屬和有機(jī)物的協(xié)同去除，解決了傳統(tǒng)的水處理技術(shù)只能處理單一污染體系的缺陷和問題。該反應(yīng)體系簡(jiǎn)化了處理工藝、縮短流程、減輕了二次污染，有利于規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理及資源回用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電容去離子耦合電催化系統(tǒng)，并且利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同去除水中重金屬和有機(jī)物的目的。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)廢水的大量不達(dá)標(biāo)排放使得水體污染愈發(fā)嚴(yán)重，其中電鍍行業(yè)廢水，因含有大量的重金屬離子、有機(jī)絡(luò)合劑以及氰化物等，毒性很大，有“三致”效應(yīng)，對(duì)生命安全危害大。這些絡(luò)合劑的加入不僅大大增加了電鍍出水的COD，而且與重金屬離子結(jié)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，使得廢水中的部分金屬離子無法通過形成氫氧化物沉淀去除，而且導(dǎo)致水質(zhì)穩(wěn)定，使廢水處理難度大大增加。因此，對(duì)電鍍廢水必須認(rèn)真進(jìn)行回收處理，做到消除或減少其對(duì)環(huán)境的污染，是國(guó)內(nèi)外環(huán)保領(lǐng)域亟需解決的問題。

電容去離子技術(shù)(CDI)是基于雙電層理論，在一對(duì)電極間施加(2V) 的電壓，在靜電引力作用下，電解液中的陰、陽離子分別向正、負(fù)電極表面遷移并且被吸附形成雙電層，從水溶液中去除。當(dāng)吸附飽和后，將電極短路或施加反向電壓，陰、陽離子分別從正、負(fù)極中脫附下來，而生成濃鹽水，實(shí)現(xiàn)電極再生。電化學(xué)催化氧化技術(shù)，能產(chǎn)生強(qiáng)氧化能力的羥基自由基和臭氧，在處理廢水中有機(jī)污染物方面顯示了優(yōu)良的性能。

碳材料是CDI常用的電極材料，以碳材料為基底，負(fù)載催化劑，利用負(fù)載型碳電極實(shí)現(xiàn)同步電吸附除離子和電化學(xué)氧化有機(jī)物是可行的。

然而，尚未見在電容去離子的技術(shù)中同時(shí)去除有機(jī)污染物的報(bào)道。特別是利用回收的金屬成分提高有機(jī)物去除效率的研究尚未見報(bào)道。本發(fā)明基于電容去離子技術(shù)，提供了一種結(jié)合電催化同時(shí)去除重金屬離子和有機(jī)污染物的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)電鍍廢水中的銅、鎳、鉛、鎘等重金屬污染物以及檸檬酸、EDTA等有機(jī)物復(fù)合污染問題，以碳材料為基底，負(fù)載二氧化鈦或二氧化錳催化劑，制備新電極材料，并利用改性電極提供一種耦合電容去離子去除重金屬和協(xié)同電催化去除有機(jī)物的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種電容去離子耦合電催化協(xié)同去除重金屬和有機(jī)物的方法，步驟如下：

上述方法所用的電容去離子耦合電催化反應(yīng)系統(tǒng)，包括電容去離子模塊和催化電極耦合的電催化系統(tǒng)；所述的電容去離子模塊從左到右依次為端板、集流體、硅膠墊片、催化電極、濾布、催化電極、硅膠墊片、集流體和端板；所述的催化電極為半導(dǎo)體材料或具有電催化活性的材料；在蠕動(dòng)泵的作用下，儲(chǔ)水池內(nèi)的水自下而上流經(jīng)電容去離子模塊，再循環(huán)進(jìn)入儲(chǔ)水池，在電化學(xué)作用下，實(shí)現(xiàn)重金屬和有機(jī)物的同步去除；直流電源為電容去離子模塊提供電源。

所述的催化電極的制備方法：采用溶膠-凝膠法制備催化材料，電極基底通過浸漬提拉法負(fù)載催化材料；或者直接將催化材料原位生長(zhǎng)于電極基底上；或采用粘結(jié)劑將催化材料涂覆于電極基底上；

所述的電極基底為導(dǎo)電碳材料，包括活性炭、活性碳纖維(ACF)、石墨烯、碳納米管等；

所述的催化材料是TiO₂、MnO₂、ZnO等金屬氧化物。

本體系應(yīng)用于協(xié)同去除重金屬和有機(jī)物，例如以硫酸銅和檸檬酸配制的溶液作為模擬混合廢水，以直流電源通過集流體對(duì)電極提供外加電壓，通過蠕動(dòng)泵循環(huán)進(jìn)、出水，間隔一定時(shí)間采樣，連續(xù)運(yùn)行5h。