[发明专利]一种采用聚苯胺/凹凸棒土纸电极去除水中铅离子的电化学处理方法

说明书

技术领域

本发明属于水污染处理领域，涉及一种采用聚苯胺/凹凸棒土纸电极去除水中铅离子的电化学处理方法。

背景技术

水体中的铅是环境的高危污染物之一。铅广泛应用于电池制造、金属加工、石油精炼、印刷电子、矿物冶炼等行业中。因此，从这些过程排出的废水也不同程度的对环境和公众健康造成了不利的影响。铅及其化合物能通过食物链进入人体器官，对骨骼、心脏、肠道、肾脏、再生系统和神经系统产生毒性效应。铅尤其对儿童的毒性很大，因为铅会干扰儿童神经系统的发展。我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)严格限制废水中总铅的最高允许排放浓度为1.0mg/L。因此，如何有效地去除水中铅离子是关系到环境和人类健康的重要课题。

目前，国内外去除铅污染的方法主要有化学沉淀、反渗透、离子交换、溶剂萃取、液膜传递和吸附。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。而电化学处理技术是近年来新发展起来的一种新型技术，可用于去除水溶液中的溶解性无机污染物，如金属离子、阴离子等。中国专利CN102267745A报道了一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学处理方法，该发明以聚苯胺膜电极为阳极，在一定电压下，对氟离子有特异吸附效果。中国专利CN102923825A提供了一种采用聚间苯二胺作为电极吸附材料的新方法，用以吸附溶液中的重金属离子，如Cu²⁺和Pb²⁺，其最大吸附容量为876mg·g^-1，总去除率为81％。以上两篇专利都是采用导电聚合物作为电吸附材料，导电聚合物具有易于合成、环境稳定性好、导电性能好、绿色环保等特点，但其价格较高，比表面积较小，用于电吸附过程时，主要以化学吸附为主(包括螯合作用和静电吸附作用)，而物理吸附很少，其吸附效果受到限制。因此，为了尽可能降低材料的成本，进一步提高材料的吸附性能，制备聚苯胺/凹凸棒土复合物作为电吸附材料，既能充分利用凹土较大的比表面积及其表面的负电荷，又能利用聚苯胺的高效吸附能力，在去除铅离子中具有潜在的应用前景。另外，利用聚苯胺/凹凸棒土复合物作为电吸附材料用于去除水中铅离子的方法尚未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种采用聚苯胺/凹凸棒土纸电极去除水中铅离子的电化学处理方法。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种采用聚苯胺/凹凸棒土纸电极去除水中铅离子的电化学处理方法，包括以下步骤：

a、制备聚苯胺/凹凸棒土复合材料：将凹凸棒土和苯胺溶解于双蒸水中，混合搅拌20～60min，边搅拌边向混合液中滴入引发剂溶液，在冰水浴中反应3～5h，第二次滴入同样量的引发剂溶液，在冰水浴中继续反应3～5h；反应结束后，停止搅拌，混合物静置过夜；抽滤，用无水乙醇洗涤滤饼三次，再用双蒸水润洗至滤液无色得到样品，干燥，得到聚苯胺/凹凸棒土复合材料。

b、制备聚苯胺/凹凸棒土纸电极：将步骤a制得的聚苯胺/凹凸棒土复合材料加入聚乙烯醇溶液中，超声搅拌5～15min，调成糊状分散液；将分散液均匀涂覆于硬纸片上，干燥，得到聚苯胺/凹凸棒土纸电极。

c、电化学法去除水中铅离子：配制Pb(NO₃)₂溶液，量取Pb(NO₃)₂溶液置于电吸附容器中，将步骤b制得的聚苯胺/凹凸棒土纸电极放入电吸附容器中，纸电极用导线与电化学工作站相连，进行电吸附试验，使用电导率仪实时监测溶液电导率的变化，直至电吸附平衡。

d、脱附再生使用后的电极：待电吸附容器中聚苯胺/凹凸棒土纸电极上吸附的铅离子达到饱和时，移去所施加电压，待溶液中的电导率接近初始值，实现电极的脱附再生。

进一步地，步骤a中苯胺和凹凸棒土的反应为原位聚合反应，其中凹凸棒土在反应中作为基体，聚苯胺纳米纤维状有机层覆盖在凹凸棒土颗粒表面，形成掺杂态聚苯胺/凹凸棒土纤维复合材料。苯胺与凹凸棒土的质量比为(1～4)：1，其中以2：1为佳。引发剂为过硫酸盐类引发剂，引发剂的浓度为0.3～0.5M，引发剂溶液的滴入速度为2～5s/滴。

进一步地，步骤b中聚乙烯醇溶液的浓度为3～5wt％，硬片纸尺寸为35mm×8mm×400μm。