[發明專利]一種利用多孔三維木基電極去除和回收水中重金屬的方法

有效

• 申請號: 202111367219.1
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114031157B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 欒富波;劉文彬;孟穎
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F101/20
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 任曉云

本發明公開了一種利用多孔三維木基電極去除和回收水中重金屬的方法，屬于水處理與金屬資源化回收領域。該方法以多孔三維木基電極和穩定且導電性好的材料分別作為陰陽極構建電化學還原體系，利用木基電極優異的電催化性能和天然多孔三維立體結構具有的巨大比表面積，實現了在較低外加電壓條件下高效還原去除多種重金屬；進一步將沉積重金屬的電極放置于稀硝酸溶液中，可實現重金屬的高效回收和多孔三維木基電極的再生，再生后電極可重復利用；本發明應用范圍廣，對于水中含有的不同種類、不同濃度、不同配位形式的可還原態重金屬均可實現高效去除和回收。

技術領域

本發明屬于水處理與金屬資源化回收領域，具體涉及的是一種利用多孔三維木基電極去除和回收水中重金屬的方法。

背景技術

隨著金屬冶煉、機械加工和礦山開采等工業的快速發展，含有銅、鈾、銀、鎘、鉻、鎳、鋅和鉛等重金屬廢水的排放量日益增加，對人體健康和生態環境造成了極大的威脅。同時，上述重金屬又是寶貴的工業資源，具有很高的回收再利用價值。因此，開發經濟有效的重金屬去除和回收技術在環境保護和資源回收兩方面都具有重要的意義。

目前廢水中重金屬的處理方法主要有吸附法、化學沉淀法、生物法和電化學還原法等。吸附法具有操作簡單、處理效率好等優點，但所需的高效吸附劑通常制作復雜，成本較高，且難以重復利用。化學沉淀法由于需要添加化學藥劑，容易造成二次污染。生物法馴化和處理周期較長，且難以實現重金屬的回收利用。電化學還原法具有處理效果好、操作簡單、能夠實現重金屬高效回收等優點，在重金屬去除和回收方面展現出巨大潛力。電化學還原法目前仍存在電極反應活性低、還原容量小等問題，制約了電化學還原法在重金屬去除和回收領域的廣泛應用。因此，亟需開發經濟高效的電化學去除和回收重金屬技術方法。

發明內容

本發明提供了一種利用多孔三維木基電極去除和回收水中重金屬的方法，多孔三維木基電極保留了木材獨特的三維立體結構，具有良好的導電性能；多孔三維木基電極可以克服傳統電極電極反應活性低、還原容量小等缺點，實現重金屬的高效去除和回收。

本發明首先提供了一種多孔三維木基電極在去除和/或回收廢水和/或地下水中重金屬的應用。

所述多孔三維木基電極的制備方法，包括如下步驟：清除木材表面樹皮，按照預定尺寸將木材切割成所需形狀；將切割好的木片放入管式爐中，將所述管式爐中的空氣替換為惰性氣體，同時將管式爐加熱煅燒，即得到所述多孔三維木基電極。

其中，所述木材為椴木、木荷木、白楊木或杉木。

所述煅燒步驟中，溫度為800～1000℃；時間為1～5h；具體可為1000℃下煅燒2小時。

所述惰性氣體為氮氣、氦氣或氬氣。

進一步的，本發明還提供了一種利用多孔三維木基電極去除廢水和/或地下水中重金屬的方法，包括：以多孔三維木基電極為陰極，以穩定且導電性好的材料為陽極，對含有重金屬的廢水和/或地下水進行電化學還原，重金屬在所述多孔三維木基電極表面還原后沉積，完成廢水和/或地下水中重金屬的去除。

上述的方法中，所述電化學還原步驟中，直流電源的電壓為1～5V；具體可為2～4V或3V；還原時間為0.5～24小時；具體可為2～8小時；溫度為室溫；

所述含有重金屬的廢水和/或地下水的pH值為1.0～10.0；具體為7.0。

上述的方法中，所述電化學還原在常溫常壓下進行；所述常壓指的是一個大氣壓，也就是我們平常生活的這個大氣層產生的氣體壓力。

上述的方法中，所述陽極的材料為石墨、碳棒、不銹鋼、鈦、鎳和銅中的一種；