[发明专利]一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法

说明书

技术领域

本发明属于水污染处理技术领域，具体涉及一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法。

背景技术

氟离子是一种常见的水体污染物。氟是人体维持骨骼和牙齿正常发育必不可少的微量元素之一，但长期饮用含氟量过高的水可能导致氟中毒。我国规定生活饮用水中氟含量应低于1.0mg/L。因此，如何有效地去除水中氟离子是关系到环境和人类健康的重要课题。

目前，国内外除氟的方法主要有沉淀法、电凝聚法、电渗析法、反渗透法、离子交换法等。但这些技术由于存在方法复杂、成本较高或二次污染等问题，限制了其在实际生产中的应用。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的方法复杂、成本较高或二次污染等问题，本发明的目的是提供一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法，使氟离子得到高效去除并可浓缩富集。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法，包括如下步骤：

1)制备聚苯胺膜电极：将两片惰性电级置于含有0.1-0.5mol/L苯胺和0.5-1.0mol/L盐酸的混合溶液中，该两片惰性电极分别作为阴极和阳极，在阴阳两级上加载1.0-3.0V电压，进行10-30分钟的电化学合成，制备负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极；

2)去除氟离子：以步骤1)中负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极作为阳极，另一片电极作为阴极，制备电化学反应器(以下简称反应器)，在阴阳两级上加载0.5-2.0V电压，将氟污染水体通过反应器，实现氟离子的高效去除；

3)脱附再生使用后的电极：在所述反应器中的聚苯胺膜吸附氟离子饱和后，向反应器内注入0.5-1.0mol/L的盐酸再生液，将负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极作为阴极，另一片电极作为阳极，在阴阳两级上加载0.8-1.0V电压，利用聚苯胺膜的电化学去掺杂能力，实现电极的高效脱附再生。

采用石墨、铂等性能稳定的材料制作电极，可以有效地避免聚苯胺膜合成以及电极再生过程中酸对电极材料的破坏和腐蚀，而不能采用铁、铜等化学性质较为活泼的金属电极。本方法推荐采用成本相对低廉的石墨电极，从而在保证电极较长的使用寿命和反应器稳定运行的同时有效地控制成本。聚苯胺对氟离子的吸附具有特定的选择性，即聚苯胺膜对水中可能存在的氯离子、硝酸根、硫酸根等共存离子不存在吸附作用，只对氟离子产生吸附去除效果。该方案对氟离子去除的最佳pH值在4-6的范围内，对天然水体也具有良好的去除效果。在电极需要脱附再生时，无需将反应器拆解，只需向反应器中注入脱附液，并改变外加电压方向。脱附液为0.5-1.0mol/L的盐酸溶液，脱附再生液的体积缩小为原处理水量的1/50，实现了氟离子的浓缩富集，同时有效地避免了二次污染。

所述两片惰性电极之间采用绝缘橡胶密封层隔开，并且两电极间距为5-15mm，这样既能保证氟离子的快速去除，又可以提高电流利用效率，降低反应所需能耗。

所述步骤2)中，可以根据实际需要，调整电极面积大小，通过改变流速，在氟离子浓度为10-50mg/L时，氟污染水体通过反应器的时间仅需0.5-1分钟，对氟离子去除速度快。

所述步骤3)中，加载0.8-1.0V电压的时间可为15-30分钟。

有益效果：本发明不同于传统的化学吸附，利用聚苯胺独特的电化学特性，通过外加电压可以极大提高聚苯胺对氟离子的吸附能力。本发明氟离子去除能力强，单位质量氟离子去除能力达到20mg/g以上，是一般吸附剂的5-10倍；同时，本发明具有反应仪器结构简单、去除过程操作方便、运行稳定、反应速度快、氟离子去除效果好、电极使用寿命长等特点，还能有效地避免二次污染。

附图说明

图1为聚苯胺膜电极对水中氟离子电化学吸附-解吸附机理示意图；

图2为聚苯胺膜电极再生前后，反应器对水中氟离子电化学的去除效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。