电吸附活性炭电极制备及电吸附特性

电极的材料和制备是电吸附技术的核心。本研究进行了活性炭电极的制备、改性和表征,并分析其电吸附特性。结果表明,物理化学改性活性炭电极比表面积可达748.54 m2/g,分别是物理改性、化学改性活性炭电极的1.22和12.16倍,电吸附效果最佳。其对NaCl紊态电吸附效果是物理改性活性炭电极的1.28倍,化学改性活性炭电极的3.75倍。对NaCl紊态电吸附单位吸附量为7.19 mg/g,是静态吸附的8.78倍。对NaCl、Na2SO4和Na3PO4紊态电吸附单位吸附量依次为5.94、11.83和21.47 mg/g,单位吸附量和吸附平衡时间随着被吸附离子的负电荷增加而增加。紊态电吸附过程符合一级动力学,吸附过程是由扩散机制控制的、伴随着电场作用的慢吸附过程。     

负载TiO2的活性炭纤维改性电极电吸附除氟

采用溶胶-凝胶法制备TiO2凝胶,将TiO2凝胶涂覆在活性炭纤维表面并进行热处理制备改性电极(TiO2/ACF),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱仪(XRD)、比表面和孔隙度分析仪对负载前后电极的表面特性进行表征,并探讨了其对NaF溶液的电吸附效果。结果表明,电极负载TiO2后表面变得粗糙,比表面积和总孔体积减小,而介孔体积和平均孔径增大。此外,表面的TiO2同时以金红石和锐钛矿的晶型存在。电吸附实验结果显示,加电可以提高吸附容量,而且电压、pH和初始氟离子浓度均对电吸附容量产生影响:电压增大,吸附容量增加,当施加电压为2 V时,电吸附容量为1.03 mg/g,比开路电位时提高40%;pH可以通过影响氟离子在溶液中的存在形态和TiO2/ACF电极表面的羟基基团对电吸附容量产生影响;初始氟离子浓度升高,电极吸附容量增大,但是去除率降低。在处理初始氟离子浓度为4 mg/L的NaF溶液时,在2 V电压、中性pH和12 h的吸附时间下,改性ACF为电极的吸附量为1.32 mg/g。     

MnO2/CFP复合电极的制备及电吸附Pb2+特性的研究

电极材料的形貌结构与电化学性能等将直接影响着电吸附效果.本研究将二氧化锰(Mn O2)通过电沉积的方法负载于碳纤维纸(CFP)材料上,制备获得了Mn O2/CFP复合电极.所制得的Mn O2/CFP复合电极电化学性质稳定、电容量高,复合电极的单位质量比电容量可高达360 F·g-1.用此电极对初始浓度为6 mg·L-1左右的Pb2+溶液进行电吸附,考察了电沉积时间、电压、p H值等因素对复合电极电吸附效果的影响.结果表明,沉积时间为500 s、电压值为1.0 V、p H值为5.0的条件下可获得最佳的电吸附效果,电吸附3 h后原溶液中残留Pb2+达到0.01 mg·L-1以下,去除效率高达99%以上.本研究为水中重金属离子的去除提供了新的技术选择.     

电增强载铝活性炭纤维吸附除氟的效果与影响因素

以含氟地下水为研究对象,采用自制电促吸附除氟反应器,开展电增强载铝活性炭纤维吸附除氟的动态实验,研究了不同电压、极板间距、地下水碱度和流速对吸附除氟效果的影响。实验结果表明,在负载炭纤维毡的电极一端加正电,可以提高除氟效果。当电压为1.6 V时除氟效果较好,单位面积炭毡处理达标水量为56.7 L/m2;极板间距设置为4mm时电吸附反应器除氟效果最佳;通过调节pH改变地下水碱度,当地下水pH调节为5.5时,电吸附反应器除氟效果较未调节前提高50%;当采用3对电极板,流速为1.88 m/h时,达到最高表面处理负荷2 073.6 L/(m2.d);探究了反应器的反洗再生方式,并连续进行了吸附再生的动态实验;穿透的反应器以Al2(SO4)3溶液为再生液并采用反向加电1.6 V的方式,可以达到较好的再生效果,实现连续动态运行。     

单极性三维电极法除氟实验研究

采用单极性三维电极法去除配制水中的氟离子,探讨了填充材料、极板间距和电压对除氟效果的影响。结果表明,填充颗粒比表面积越大、极板间距越小、电压越高,越有利于氟离子的去除。当采用活性炭颗粒作为填充材料、极板间距为10 mm、电压为5 V时,氟离子浓度可由4 mg/L降至0.8 mg/L,达到我国饮用水氟含量标准。     

镍铝复合金属氧化物电极电吸附去除水中硫代硫酸根研究

水滑石是一种高效的电吸附材料,可用于工业废水中硫代硫酸盐的去除.硫代硫酸盐(S2O2-3)是废水中主要含硫污染物.本研究采用共沉淀法,在泡沫镍基体上成功合成了Ni Al-LDHs,并经煅烧成功转化为Ni Al-LMO电极.NiAl-LMO电极电化学性能稳定,可逆性好,比电容可达577F·g-1.NiAl-LMO电极在外加电压为1. 0 V、p H为7、温度40℃时,对S2O2-3电吸附效率最高达60.9%,施加相反电压后S2O2-3电脱附率达84.9%.本研究为含S2O2-3废水处理提供了新的电吸附电极材料和技术选择.     

碱改性活性炭纤维电吸附处理RO浓水效果及除盐动力学特性

针对电吸附技术在反渗透浓水回收利用过程中的吸附效率问题,通过NaOH、KOH、氨水对ACF电极材料进行浸渍改性,采用SEM观察、傅里叶变换红外光谱图分析的方法对改性前后ACF进行了表征;研究了改性前后ACF对反渗透浓水的去除效果和除盐动力学特性;探讨了碱改性前后ACF处理反渗透浓水的除盐机理。结果表明：随着氨水改性ACF比表面积的增加,表面碱性基团增加、酸性基团减少;ACF理化特征的变化与改性剂溶液的酸碱性有关;氨水改性ACF对反渗透浓水中电导率、氨氮、COD均有很好的降低或去除效果,而NaOH改性ACF对UV₂₅₄有很好的去除效果;碱改性ACF处理反渗透浓水除盐过程更符合Elovich动力学方程;碱改性ACF电吸附处理反渗透浓水时,对各污染物指标表现出选择性,且与未改性ACF相比,具有更好的降低或去除效果,同时,碱改性ACF电吸附除盐过程是以物理吸附和化学吸附共存的多相吸附过程,也会存在离子交换作用。     

电吸附技术去除水中磷酸盐离子的研究

水体富营养化是世界各国面临的重大环境污染问题.水中的磷酸盐作为水体富营养化的关键因素,如何有效去除日益引起研究者的关注.本研究利用电吸附技术处理水中PO_4~(3-)、HPO_4~(2-)和H_2PO_4~- 3种常见磷酸盐离子,并分析电吸附和脱附的特性及机理.实验得到电吸附处理K_3PO_4时,离子去除率最大,但脱附率最差,这严重影响电吸附电极的再生性.K_3PO_4溶液中存在大量的OH~-,炭电极对KOH产生物理吸附,该吸附类型比电吸附的双电层吸附难脱附.添加少量HCl调节磷酸盐的pH,减少OH~-,将溶液中PO_4~(3-)转化为HPO_4~(2-)和H_2PO_4~-,可以提高电极的脱附率,增加电极的循环使用效率,同时可增加溶液中磷含量的去除率.炭电极电吸附K_3PO_4+HCl溶液时,电极的再生性良好,连续循环四次,离子去除率由28.7%降为26.6%.     

电吸附设备工作过程的研究

研究了电压、流量及重碳酸盐碱度对电吸附设备除盐的影响,同时对高碱度水的酸化吹脱作为预处理进行了研究。实验结果表明,电吸附设备的最佳工作电压为1.4 V,最佳工作流量为1.5 m³/h。在进水碱度为170～500 mg/L时,HCO^-₃的脱附率为64%～83%。研究还发现,酸化吹脱是高碱度水的有效预处理方法,避免了HCO^-₃在电极内的积累。     

选择性复合电极的制备及其对硝酸盐的去除性能

以IRA 402强碱性阴离子交换树脂为原料,通过静电纺丝技术制备对硝酸盐具有选择去除性能的薄膜(nitrate selective removal membrane,NSRM),采用扫描电镜、傅里叶红外、Zeta电位分析仪等仪器对其进行分析和表征,考察了纺丝时间、操作电压、循环流速、硝酸盐初始浓度和共存离子等因素对NO₃⁻去除性能的影响。表征结果表明,NSRM膜表面粗糙多孔且带正电,薄膜上C≡N、C(O)NH、N—H等基团的存在促进NO₃⁻的优先吸附。电吸附结果表明,纺丝时间3 h制得的NSRM膜对NO₃⁻去除率最优,在初始质量浓度为50 mg·L⁻¹,操作电压为2.0 V,循环流速为100 mL·min⁻¹时硝酸盐去除率达88.17%。多离子混合条件下,NSRM薄膜对F^-、Cl^-有较好的选择性,对SO₄²⁻有一定选择性,对PO₄^3-选择性不佳,其中,当NO₃⁻与F⁻、Cl⁻物质量浓度比值为1：1时,NO₃⁻的选择性分别为4.23和2.09。