[發明專利]一種基于碳納米管三維電極的地表水除氟工藝

有效

• 申請號: 202011443007.2
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112551652B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 段平洲;賈曉波;夏瑞;馬淑芹;后希康;塔拉;張凱;王曉;楊辰
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F101/14
• 代理公司: 蘇州科洲知識產權代理事務所(普通合伙) 32435
• 代理人: 周亮

1.一種氟化物吸附三維電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S101、制備粉末狀碳納米管；

所述S101的具體操作為：

加熱硝酸至100℃-110℃，與工業級碳納米管混合，去除雜質；

使用蒸餾水洗滌碳納米管，直至洗出水pH為中性；

在80℃烘干箱中放置12h，取出研磨成粉末備用；

所述硝酸純度為60％，所述工業級碳納米管的純度為98％；

S102、利用S1制備的粉末狀碳納米管制備片狀電極；

所述S102的具體操作為：將0.45-0.55g碳納米管與15-25mL乙醇混合，加入0.15-0.25mL75％的PTFE溶液，超聲30min后，使用對輥機將碳納米管固定在3cm×3cm的鈦網上，形成片狀電極；

S103、制備碳納米管三維電極材料；

所述S103是將S102制備的n個片狀電極，使用銅絲或鐵絲將片狀電極綁定連接，制備成為碳納米管三維電極材料，所述n為大于2的自然數。

2.根據權利要求1所述的一種氟化物吸附三維電極的制備方法，其特征在于，在碳納米管的表面使用金屬氧化物進行修飾，增加三維電極對氟化物的吸附能力。

3.根據權利要求2所述的一種氟化物吸附三維電極的制備方法，其特征在于，所述金屬氧化物修飾碳納米管表面的方法具體包括：

將0.6g碳納米管與0.004～0.006摩爾的Al₂(NO₃)₃·9H₂O溶解在50mL的乙二醇中，超聲1h，磁力攪拌8-12h；之后，在管式爐氮氣氛圍下，500℃煅燒2h，制備Al₂O₃修飾的碳納米管，其中金屬/碳原子為10％～15％。

4.根據權利要求3所述的一種氟化物吸附三維電極的制備方法，其特征在于，所述Al₂(NO₃)₃·9H₂O用摩爾比為4:3的FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O替代，制備Fe₃O₄修飾的碳納米管；

或用Zr(NO₃)₄·5H₂O替代，制備ZrO₂修飾的碳納米管。

5.根據權利要求1-4中的任一項所述的一種氟化物吸附三維電極的制備方法，其特征在于，所述碳納米管的長度為0.5-20μm。

6.根據權利要求3所述的一種氟化物吸附三維電極的制備方法，其特征在于，所述Al₂O₃的粒徑為20-50nm。

7.根據權利要求4所述的一種氟化物吸附三維電極的制備方法，其特征在于，所述Fe₃O₄和ZrO₂的粒徑為20-50nm。

8.一種基于碳納米管三維電極的地表水除氟工藝，其特征在于，使用上述權利要求1-7中任一項所述的制備方法制備的氟化物吸附三維電極進行地表水除氟，步驟包括：

S201、搭建反應裝置、加入反應試劑；

S202、裝置通電，電化學吸附實驗進行地表水除氟；

S203、出水樣中氟離子濃度測定；

所述步驟S201中的反應裝置包括：裝有含氟水樣的燒杯(1)和電解池(2)，所述含氟水樣中加入0.002～0.004mol/L的Na₂SO₄，所述電解池(2)用隔板(3)隔離出陰極區(4)和陽極區(5)，所述陽極(6)為鈦板，所述陽極區(5)中設有m個三維電極(7)，m為大于2的自然數，所述陰極(8)為不銹鋼片，所述燒杯(1)中通入一水泵(9)，所述陽極區(5)底部設有一開口(10)，所述開口(10)中通入一根導管，所述導管另一端與出樣燒杯(11)相連；

所述步驟S202中裝置兩極板間接入的電壓為1.0～1.5V，所述水泵(9)將含氟水樣輸送至電解池(2)陽極區(5)，流速為2mL/min～3mL/min，反應后的水樣從電解池(2)陽極區(5)底部開口流至出樣燒杯(11)中；

所述步驟S203中出水樣的氟離子濃度測定采用的方法為離子色譜法。