一種電吸附去除水中銀離子的方法與流程
2023-06-03 12:50:51 2
本發明涉及一種水處理技術領域的方法，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Ag+離子的方法，該方法去除速率快，不產生二次汙染。
背景技術：
銀及含銀產品在電子電鍍、感光材料、化工和科研等領域的廣泛應用所產生的大量含銀廢液不僅造成了嚴重的環境汙染，而且使得銀資源大量浪費。因此，含銀離子廢液中銀的去除和回收具有非常重要的研究和實用意義。
電容去離子(capacitive deionization，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，淨化水體中離子及帶電粒子的新型水處理技術，其優點是：去除過程不涉及氧化還原反應，能耗低；吸附飽和後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，不產生二次汙染；整個去除和再生過程中沒有發生化學反應，電極使用壽命長。因此相比於傳統除銀處理工藝，電容去離子技術在含銀等重金屬廢水處理的應用領域極具應用前景。
活性炭纖維是一種強度大、密度小、耐腐蝕的新型非金屬材料。由於活性炭纖維具有比表面積大，微孔體積數大以及電阻率小等特點，作為電吸附電極材料得到一定應用。活性炭纖維具有連續的塊狀結構，能直接用作電吸附電極，因此可以簡化製作工藝並降低使用成本。
技術實現要素：
本發明設計一種電吸附去除水中銀離子的方法，包括以下具體步驟：
(1)活性炭纖維酸化處理：用鹽酸浸泡，然後用大量的去離子水衝洗，直至pH值為中性，電導率值小於5μS·cm-1。放置於烘箱中110℃烘乾，置於乾燥器中得到酸化活性炭纖維；
(2)製備活性炭纖維電極：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重金屬離子；
(4)電吸附法去除水中重金屬離子：配置重金屬離子溶液，量取重金屬離子溶液在燒杯中，將步驟(3)中組裝好的活性炭纖維電極電吸附模塊進行電吸附實驗。電吸附實驗利用蠕動泵抽取燒杯中的重金屬離子溶液進入到電吸附模塊，最終循環到燒杯中，同時使用電導率儀實時監測溶液中電導率的變化，當電導率保持不變時，即活性炭纖維電極達到吸附平衡。
(5)活性炭纖維電極的脫附再生：當活性炭纖維電極達到吸附飽和，將施加在電吸附模塊上的電壓短路或去除，溶液中的電導率將逐漸恢復到初始值，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重金屬離子為Ag+。
步驟(4)所述的重金屬離子Ag+的濃度為100mg/L，工作電壓為1.4V，進水流量為15ml/min。
本發明的優點在於：活性炭纖維的酸化改性的方法簡便易行，易製作且環保無二次汙染，利用改性後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，材料易製得且材料的循環使用性能與不經過改性後的材料具有大幅度的提升。
附圖說明
下面結合附圖對本發明進一步說明。
圖1為實施例一中製備的活性炭纖維改性後的掃描電鏡圖(SEM圖)；
圖2為實施例二中溶液Ag+初始濃度對Ag+去除率的影響；
圖3為實施例三中工作電壓對Ag+去除率的影響；
圖4為實施例四中進水流量對Ag+去除率的影響；
圖5為實施例五中活性炭纖維電極的吸附脫附再生次數對吸附於脫附率的影響。
具體實施方式
以下對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例一
活性炭纖維的預處理：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，然後用大量的去離子水衝洗，直至pH值為中性，電導率值小於5μS·cm-1。放置於烘箱中110℃烘乾，置於乾燥器中。
實施例二
活性炭纖維酸化改性後電極製備過程與實施例一相同。
對活性炭纖維電極組成的電吸附模塊進行電吸附去除水中銀離子的實驗。將電吸附實驗條件設置成電壓為1.0V，進水流量為10mL/min，極板間距控制在1mm的條件下，分別研究了銀離子初始濃度在150mg/L、120mg/L、100mg/L、70mg/L時活性炭纖維電吸附去除銀離子的效果。實驗結果如圖2所示，可見改性後的活性纖維電極對Ag+具有較好的吸附效果。
實施例三
活性炭纖維酸化改性後電極製備過程與實施例一相同。
選取初始濃度為150mg/L的銀離子溶液，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行電吸附去除銀離子實驗，結果如圖3示。可見在工作電壓合適的情況下改性後的活性纖維電極對Ag+具有較好的吸附效果。
實施例四
活性炭纖維酸化改性後電極製備過程與實施例一相同。
實驗條件選取了銀離子濃度為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。
實施例五
活性炭纖維酸化改性後電極製備過程與實施例一相同。
對活性炭纖維改性後製成的電吸附電極進行循環電吸附實驗。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，進水流量控制在15ml/min循環吸附脫附濃度為100mg/L的Ag+溶液，計算其吸附率與脫附率。實驗結果如圖5所示。第一次循環吸附脫附實驗後，活性炭纖維的吸附率為52.38％，經過五次循環吸附脫附實驗後，去除率僅降低了7.03％，說明該材料具有極高的再生性能。