一種電吸附去除水中錳離子的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種水處理技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是利用酸化活性炭纖維作為電極材料電吸附去除水中錳離子的方法。本發(fā)明專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，具體包括如下步驟：(1)活性炭纖維電極的鹽酸改性處理；(2)組裝活性炭纖維電極電吸附模塊；(3)通過改變電吸附模塊的工作電壓、進(jìn)水流量、進(jìn)水錳離子濃度條件對水中錳離子進(jìn)行吸附和脫附。本發(fā)明專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：活性炭纖維電極酸化的方法簡便易行，對環(huán)境無二次污染，易制作，用活性炭纖維電極對水中錳離子的吸附效率高，操作簡單，可連續(xù)循環(huán)使用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種電吸附去除水中錳離子的方法
本專利技術(shù)涉及一種水處理
的方法，具體是利用酸化活性炭纖維作為電極材料電吸附去除水中Mn2+離子的方法，該方法去除速率快，不產(chǎn)生二次污染。
技術(shù)介紹
在工業(yè)方面，如紡織、印染、造紙、漂白粉和膠卷等行業(yè)，漂洗用水中含有較高的錳則會降低產(chǎn)品的色澤，影響其顏色的鮮艷度。使用含錳水作為食品和釀造用水，將嚴(yán)重影響食品的色、香、味等。當(dāng)水中含錳量超過一定值時，還將導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障而無法正常運(yùn)行。在給排水管網(wǎng)方面，水中錳含量高，錳會沉積在管壁上而降低管道的通水能力，其沉淀剝落或者錳在管道末端產(chǎn)生積淀時，將嚴(yán)重影響供水水質(zhì)及堵塞管道，增大水流阻力，即形成所謂的“黑水”或“黃水”，嚴(yán)重時還會引起管道的腐蝕破壞。含錳廢水進(jìn)入生活飲用水中，由于水中錳的異味較大，污染生活器具，使人們無法正常使用且會造成慢性中毒，我國生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)將水中錳含量限制在0.1mg/L以下。含錳廢水會對周邊的土壤及生態(tài)環(huán)境造成危害。過量錳的攝入會引起動物和植物中毒，主要表現(xiàn)為對人和動物的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生毒害。渣廢棄地一般通氣透水性較差，易造成地表積水，引起植物根部組織缺氧，加上土壤重金屬錳的毒害，植物生長嚴(yán)重受阻。電容去離子(capacitivedeionization，CDI)又稱電吸附(electrosorption)，是一種利用帶電的電極表面吸附水中離子和帶電粒子，凈化水體中離子及帶電粒子的新型水處理技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是：去除過程不涉及氧化還原反應(yīng)，能耗低；吸附飽和后的電極可通過施加反向電壓或短路的方式得以再生，再生操作簡便；去除離子過程中無需添加其他輔助材料，不產(chǎn)生二次污染；整個去除和再生過程中沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，電極使用壽命長。因此相比于傳統(tǒng)除錳處理工藝，電容去離子技術(shù)在含錳等重金屬廢水處理的應(yīng)用領(lǐng)域極具應(yīng)用前景?；钚蕴坷w維是一種強(qiáng)度大、密度小、耐腐蝕的新型非金屬材料。由于活性炭纖維具有比表面積大，微孔體積數(shù)大以及電阻率小等特點(diǎn)，作為電吸附電極材料得到一定應(yīng)用?；钚蕴坷w維具有連續(xù)的塊狀結(jié)構(gòu)，能直接用作電吸附電極，因此可以簡化制作工藝并降低使用成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)設(shè)計(jì)一種電吸附去除水中錳離子的方法，包括以下具體步驟：(1)活性炭纖維酸化處理：用鹽酸浸泡，然后用大量的去離子水沖洗，直至pH值為中性，電導(dǎo)率值小于5μS·cm-1。放置于烘箱中110℃烘干，置于干燥器中得到酸化活性炭纖維；(2)制備活性炭纖維電極：將步驟(1)中的酸化活性炭纖維裁剪成塊狀大小得到活性炭纖維電極；(3)將步驟(2)中得到的活性炭纖維電極組裝安裝在電吸附模塊中電吸附去除水中錳離子；(4)電吸附法去除水中錳離子：配置重錳離子溶液，量取錳離子溶液在燒杯中，將步驟(3)中組裝好的活性炭纖維電極電吸附模塊進(jìn)行電吸附實(shí)驗(yàn)。電吸附實(shí)驗(yàn)利用蠕動泵抽取燒杯中的錳離子溶液進(jìn)入到電吸附模塊，最終循環(huán)到燒杯中，同時使用電導(dǎo)率儀實(shí)時監(jiān)測溶液中電導(dǎo)率的變化，當(dāng)電導(dǎo)率保持不變時，即活性炭纖維電極達(dá)到吸附平衡。(5)活性炭纖維電極的脫附再生：當(dāng)活性炭纖維電極達(dá)到吸附飽和，將施加在電吸附模塊上的電壓短路或去除，溶液中的電導(dǎo)率將逐漸恢復(fù)到初始值，電極得到了脫附再生。步驟(1)中所述的鹽酸的濃度為1mol·L-1，浸泡時間為3h，pH值接近6.9。步驟(2)中所述的活性炭纖維電極大小為5cm×5cm。步驟(3)所述的活性炭纖維電極電吸附去除水中的金屬離子為Mn2+。步驟(4)所述的重金屬離子Mn2+的濃度為100mg/L，工作電壓為1.4V，進(jìn)水流量為15ml/min。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：活性炭纖維的酸化改性的方法簡便易行，易制作且環(huán)保無二次污染，利用改性后的活性炭纖維電極作為電吸附模塊的電極具有效率高，操作簡單，材料易制得且材料的循環(huán)使用性能與不經(jīng)過改性后的材料具有大幅度的提升。附圖說明下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)進(jìn)一步說明。圖1為實(shí)施例一中制備的活性炭纖維改性后的掃描電鏡圖(SEM圖)；圖2為實(shí)施例二中溶液Mn2+初始濃度對Mn2+去除率的影響；圖3為實(shí)施例三中工作電壓對Mn2+去除率的影響；圖4為實(shí)施例四中進(jìn)水流量對Mn2+去除率的影響；圖5為實(shí)施例五中活性炭纖維電極的吸附脫附再生次數(shù)對吸附于脫附率的影響。具體實(shí)施方式以下對本專利技術(shù)的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本專利技術(shù)技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本專利技術(shù)的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例一活性炭纖維的預(yù)處理：將活性炭纖維裁剪成5cm×5cm的大小，用1mol·L-1的鹽酸浸泡3h，以去除活性炭纖維表面的灰分，然后用大量的去離子水沖洗，直至pH值為中性，電導(dǎo)率值小于5μS·cm-1。放置于烘箱中110℃烘干，置于干燥器中。實(shí)施例二活性炭纖維酸化改性后電極制備過程與實(shí)施例一相同。對活性炭纖維電極組成的電吸附模塊進(jìn)行電吸附去除水中錳離子的實(shí)驗(yàn)。將電吸附實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置成電壓為1.0V，進(jìn)水流量為10mL/min，極板間距控制在1mm的條件下，分別研究了錳離子初始濃度在150mg/L、120mg/L、100mg/L、70mg/L時活性炭纖維電吸附去除錳離子的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，可見改性后的活性纖維電極對Mn2+具有較好的吸附效果。實(shí)施例三活性炭纖維酸化改性后電極制備過程與實(shí)施例一相同。選取初始濃度為150mg/L的錳離子溶液，電極間距由夾在兩電極間的無紡布隔離，間距控制在1mm，控制進(jìn)水流量為10ml/min，分別施加0V、1.0V、1.2V、1.4V、1.6V的工作電壓，用活性炭纖維電極組裝成電吸附模塊進(jìn)行電吸附去除錳離子實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3示。可見在工作電壓合適的情況下改性后的活性纖維電極對Mn2+具有較好的吸附效果。實(shí)施例四活性炭纖維酸化改性后電極制備過程與實(shí)施例一相同。實(shí)驗(yàn)條件選取了錳離子濃度為100mg/L，工作電壓控制在1.4V，電極間距由夾在兩電極間的無紡布隔離，間距控制在1mm研究了活性炭纖維電極的吸附效果。實(shí)施例五活性炭纖維酸化改性后電極制備過程與實(shí)施例一相同。對活性炭纖維改性后制成的電吸附電極進(jìn)行循環(huán)電吸附實(shí)驗(yàn)。將活性炭纖維電極安裝在電吸附模塊中，施加工作電壓為1.4V，進(jìn)水流量控制在15ml/min循環(huán)吸附脫附濃度為100mg/L的Mn2+溶液，計(jì)算其吸附率與脫附率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。第一次循環(huán)吸附脫附實(shí)驗(yàn)后，活性炭纖維的吸附率為52.54％，經(jīng)過五次循環(huán)吸附脫附實(shí)驗(yàn)后，去除率僅降低了6.31％，說明該材料具有極高的再生性能。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電吸附去除水中錳離子的方法，其特征在于，具體包括如下步驟：(1)活性炭纖維酸化處理：用鹽酸浸泡，然后用大量的去離子水沖洗，直至pH值為中性，電導(dǎo)率值小于5μS·cm

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電吸附去除水中錳離子的方法，其特征在于，具體包括如下步驟：(1)活性炭纖維酸化處理：用鹽酸浸泡，然后用大量的去離子水沖洗，直至pH值為中性，電導(dǎo)率值小于5μS·cm-1。放置于烘箱中110℃烘干，置于干燥器中得到酸化活性炭纖維；(2)制備活性炭纖維電極：將步驟(1)中的酸化活性炭纖維裁剪成塊狀大小得到活性炭纖維電極；(3)將步驟(2)中得到的活性炭纖維電極組裝安裝在電吸附模塊中電吸附去除水中錳離子；(4)電吸附法去除水中錳離子：配置錳離子溶液，量取錳離子溶液在燒杯中，將步驟(3)中組裝好的活性炭纖維電極電吸附模塊進(jìn)行電吸附實(shí)驗(yàn)。電吸附實(shí)驗(yàn)利用蠕動泵抽取燒杯中的錳離子溶液進(jìn)入到電吸附模塊，最終循環(huán)到燒杯中，同時使用電導(dǎo)率儀實(shí)時監(jiān)測溶液中電導(dǎo)率的變化，當(dāng)電導(dǎo)率保持不變時，即活性炭纖維電極達(dá)到吸附平衡。(5)活性炭纖維電極的脫附再生：當(dāng)活性炭纖維電極達(dá)到吸附飽...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏永，趙威，徐斕，江曉棟，姚維昊，
申請(專利權(quán))人：常州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32