[發(fā)明專利]基于UiO-66的CDI極板及脫磷酸鹽的裝置和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010532968.4
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111634985A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙研;郎朗;胡筱敏
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469;C02F101/10
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種基于UiO?66的CDI極板及脫磷酸鹽的裝置和方法，屬于環(huán)境工程及水處理領(lǐng)域。一種基于UiO?66的CDI極板，包括集流體板和附著在集流體板上的UiO?66吸附涂層，UiO?66吸附涂層原料包括UiO?66材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。將基于UiO?66的CDI極板可以配合基于UiO?66的CDI極板的脫磷酸鹽的裝置，基于該裝置進行脫磷酸鹽的方法，該方法通過UiO?66材料與CDI結(jié)合，通過UiO?66材料的高比表面積，使得制備的基于UiO?66的CDI極板能夠表現(xiàn)出針對磷酸鹽離子的高吸附能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境工程及水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于UiO-66的CDI極板及脫磷酸鹽的裝置和方法。

背景技術(shù)

金屬有機骨架材料(Metal-Organic Frame-works，MOFs)是一種由金屬鹽和有機配體通過配位鍵互相連接而形成的多孔無機-有機雜化材料。由于MOFs具有較高的比表面積，孔徑可控和骨架易功能化等特點，在氣體儲存、氣體分離、光催化、藥物緩釋和離子吸附等方面具有重要的用途。在眾多MOFs材料中，UiO-66因為熱穩(wěn)定性較好，孔結(jié)構(gòu)豐富從而備受關(guān)注。UiO-66是一種含有Zr的金屬有機骨架材料，其化學(xué)式為Zr₆O₄(OH)₄(CO₂)₁₂，UiO-66是以Zr⁴⁺為中心金屬離子、以對苯二甲酸為配體，形成了由含Zr的正八面體與12個有機配體對垂直配位連接相連的材料。

水體中磷酸鹽含量過高會加速富營養(yǎng)化進程，在水資源的利用方面會引發(fā)多種問題。比如藻類的爆發(fā)，大型、群體的藻類大量繁殖生長會降低自來水廠過濾水的效率；水質(zhì)惡化，水中溶解氧濃度急劇下降，缺氧會導(dǎo)致魚類和無脊椎動物大批異常死亡；導(dǎo)致不良藍藻開花，在特定條件下產(chǎn)生毒素，使家禽、水鳥大批死。最終破壞當(dāng)?shù)厣锷鷳B(tài)平衡，對社會經(jīng)濟造成負面影響，并對人類健康造成潛在威脅。現(xiàn)有的除磷技術(shù)如凝聚法、沉淀法、生物法等，存在著一些不可避免的的局限性，如動力學(xué)緩慢、捕獲性能不足、特異性差、容易產(chǎn)生大量固體污泥造成二次環(huán)境風(fēng)險等。

吸附法由于相對簡單的操作、可重復(fù)利用及運行成本低的特點，被認為是磷酸鹽去除的優(yōu)選工藝。吸附法可以通過吸附作用實現(xiàn)磷的分離，達到回收磷的目的，成為了研究磷酸鹽修復(fù)的新途徑。隨著電化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電吸附在水處理中的應(yīng)用日益廣泛，可以去除污水中的重金屬離子、難生物降解的有機物質(zhì)以及放射性元素。電吸附處理稀溶液體系具有優(yōu)勢，而城市生活污水中的磷酸鹽含量僅為15-30mg/L，電吸附技術(shù)在有機物的分離和回收、廢水處理和水的深度凈化、吸附劑的再生等方面有著顯著的應(yīng)用前景。

CDI技術(shù)(Capacitive Deionization電容去離子)是一項新型水處理技術(shù)，其利用表面雙電層進行電容吸附去除水中電性物質(zhì)，外加直流電壓，通過靜電力把液體中的電性物質(zhì)吸附在正負電極上。吸附達到飽和時，讓電極短路或者加反向電壓(即放電)，吸附的電性物質(zhì)成分便發(fā)生脫附，電極得到再生，但是現(xiàn)有的CDI技術(shù)容易出現(xiàn)極板濃差極化、容易結(jié)垢、離子去除率低等問題。對于處理含有磷酸鹽的水體也存在脫除效率低，有二次污染的情況，尤其是對于低濃度磷酸鹽水體的處理，效果更不佳。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于UiO-66的CDI極板及脫磷酸鹽的裝置和方法，是一種脫磷酸鹽效率高，對環(huán)境二次污染小的解決方案。其通過選取合適的MOFs復(fù)合材料制備CDI的極板，并采取合理的模塊搭建，形成CDI裝置，并將其應(yīng)用于去除水中難降解的微量磷酸鹽，具有低成本、高效率的優(yōu)點。本發(fā)明通過采用UiO-66材料制成CDI極板，實現(xiàn)了高效去除水中磷酸鹽的目的。本發(fā)明通過UiO-66材料與CDI結(jié)合，通過UiO-66材料的高比表面積(經(jīng)BET比表面積測得UiO-66材料比表面積可達1800m²g^-1)，使得制備的CDI極板能夠表現(xiàn)出針對磷酸鹽離子的高吸附能力，能夠吸附水體磷酸鹽的濃度為15-50mg/g。