[發(fā)明專利]鐵鋯共修飾的二氧化鈦納米管電極及其電吸附除氟方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110612089.7
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113354039B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董小霞;段平洲;苑志華;王炳煌
• 申請（專利權(quán)）人: 中科嘉辭（昆山）環(huán)保科技有限公司
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469;C02F101/14
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 楊芬

本發(fā)明公開了一種鐵鋯共修飾的二氧化鈦納米管電極及其電吸附除氟方法，其包括利用鐵鋯兩種不具有生物毒性的金屬作為主要吸附材料，引入二氧化鈦納米管中間層，形成鐵鋯共修飾的二氧化鈦納米管電極，再將鐵鋯共修飾的二氧化鈦納米管電極作為正極，鈦板作為負(fù)極形成電吸附組件，對水體中的氟離子進(jìn)行吸附去除；吸附完成后，再將電吸附組件放入到Na₂SO₄溶液中，并轉(zhuǎn)換正負(fù)電極的極性，作為吸附電極的循環(huán)再生過程，提高循環(huán)再生使用次數(shù)與吸附率。本發(fā)明增加了吸附容量，經(jīng)過多次循環(huán)再生后仍能保持較高的吸附率，不存在對生態(tài)的二次污染，更加環(huán)保。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鐵鋯共修飾的二氧化鈦納米管電極及其電吸附除氟方法。

【背景技術(shù)】

高氟飲用水將直接導(dǎo)致氟斑牙和一系列心血管和骨病。飲用水的除氟是供水行業(yè)普遍關(guān)注的問題，也是許多農(nóng)村分散凈水工程面臨的難題。目前，飲用水中氟的處理方法主要有沉淀法、電滲析法、離子交換法、吸附法等。

吸附法是目前應(yīng)用最廣泛的飲用水除氟方法，可用于分散水源深度處理。常用的吸附劑有羥基磷灰石、鈣礦、骨炭、活性氧化鋁等。然而，吸附劑的再生在實(shí)際應(yīng)用中是困難的，因?yàn)樵偕^程復(fù)雜，并且不可避免地產(chǎn)生副產(chǎn)物。此外，由于地下水中F^-濃度低于其他離子，因此研制具有離子選擇性的高效吸附電極具有重要意義。

電吸附，又稱電容去離子(CDI)，是一種新的水處理技術(shù)，它吸收帶電電極表面的離子，并在電極表面富集溶解鹽和其他帶電物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)海水淡化。CDI技術(shù)具有脫鹽性能好、能耗低、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。CDI在飲用水處理中最吸引人的特點(diǎn)是：(1)通過電極短路或施加反向電壓，很容易再生吸附劑；(2)通過活性材料修飾電極，實(shí)現(xiàn)離子選擇性吸附。

CN109592755A公開了一種復(fù)合金屬氧化物電極及其制備方法和一種電吸附去除氟離子的方法，提供了一種復(fù)合金屬氧化物電極，所述復(fù)合金屬氧化物電極主要由NiO和Al₂O₃組成施加外加電場的作用，強(qiáng)化了復(fù)合金屬氧化物電極材料的電吸附作用，可實(shí)現(xiàn)對水中F^-的高效選擇性去除，也實(shí)現(xiàn)了電極材料的便捷快速再生；同時(shí)還克服了吸附材料循環(huán)再生條件復(fù)雜的缺點(diǎn)，但循環(huán)再生后的使用效果較差，且鋁和鎳對生態(tài)存在二次污染，不夠環(huán)保。

因此，需要提供一種新的鐵鋯共修飾的二氧化鈦納米管電極及其電吸附除氟方法來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的主要目的在于提供一種鐵鋯共修飾的二氧化鈦納米管電極，增加了吸附容量，經(jīng)過多次循環(huán)再生后仍能保持較高的吸附率，不存在對生態(tài)的二次污染，更加環(huán)保。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的：一種鐵鋯共修飾的二氧化鈦納米管電極，其包括以下步驟：

S1)鈦基體的前處理：選取鈦片作為原材料，并對其進(jìn)行打磨，然后在氫氟酸與硝酸的混合溶液中進(jìn)行酸洗，酸洗時(shí)間為3～5s，然后用去離子水清洗，重復(fù)酸洗操作與去離子水清洗操作3～5次，得到純化后的鈦板；

S2)取步驟S1)中純化后的鈦板為陽極，用銅片當(dāng)作對電極，電解液采用0.10～0.20mol/L NaF和10～15wt.％H₃PO₄的混合溶液，施加電壓為20～25V，反應(yīng)時(shí)間為90～120min，取出反應(yīng)后的鈦片用去離子水沖洗干凈并吹干；得到二氧化鈦納米管電極試樣；

S3)熱處理：將步驟S2)中制備的試樣放入帶有石英管的管式爐中，以3～5℃/min的速率升溫到400℃后，恒溫1h后斷電，自然冷卻到室溫，把試樣從管式爐中取出，得到定型的二氧化鈦納米管TiO₂-NT電極；

S4)Fe、Zr前驅(qū)體的制備：