[发明专利]电化学调控聚间苯二胺的氧化还原态并应用于重金属离子的电吸附

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理领域，特别涉及聚间苯二胺处理废水的应用。

背景技术

电吸附是近些年发展起来的一种新型水处理方法，是通过施加电压或电流，在电极表面吸附溶液中的带电粒子，当电极饱和后可以通过撤去电场或施加反向电场使电极再生。相对于其他的水处理方法，具有投资少、能耗低、无二次污染、使用寿命长和再生容易等优点，是一种既经济又有效的方法。因此，电吸附被看作是一种很有发展前途的水处理技术。

电吸附过程同时包含着物理吸附和化学吸附两种过程，但电吸附在其中仍起到了主导作用，吸附的最后结果是这三者之合。由于双电层具有电容的特性，能进行充电。在充电过程中，双电层能将溶液中的离子吸附并保存在其中，积蓄一定的能量；在放电过程中，则能释放出能量和离子，使得双电层又获得再生。

吸附剂材料的选择和电极的制备成型过程是电吸附技术实际应用的关键。为了能吸附大量带电粒子，吸附剂必须拥有较大的比表面积和良好的导电性能，因此碳基材料，或是基于碳基材料的复合材料成为常用电极材料。碳基材料在电吸附过程中表现出了较好的性能，但也存在一些问题，如吸附容量低，能耗大，材料价格昂贵，不易取得等。

导电高分子是20世纪70年代发展起来的一个新的研究领域，其与传统的无机导电材料相比具有质轻、环境稳定性好、结构可设计、导电率可调等特点，在诸多领域有着巨大的应用价值。聚间苯二胺是一种新型的导电高分子材料，其分子中含有大量的胺基和亚胺基功能基团，它们对重金属离子具有良好的络合作用。通过电化学调控，改变聚间苯二胺的氧化还原态，可以进一步增强其对重金属离子的吸附能力。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新的电极吸附材料聚间苯二胺及电化学调控其氧化还原状态应用于重金属离子的电吸附处理。本发明提供了一种聚间苯二胺用作电极吸附剂的新应用。聚间苯二胺涂覆在电吸附电极的表面后能有效吸附溶液中的重金属离子。

本发明还提供了一种电吸附电极，其表面涂覆有聚间苯二胺。该电吸附电极能有效吸附溶液中重金属离子。该电极创新性地应用聚乙烯醇或壳聚糖等易得工业品作为粘结剂，大大简化了电极成型过程。与此同时，吸附的过程采用负电位，可以电化学调控聚间苯二胺的氧化还原态，致使聚间苯二胺的苯式亚胺结构比例上升，进而提高了其与重金属离子的络合能力。

用聚间苯二胺制备电吸附电极的过程为，按投料比，将聚间苯二胺加到成型粘结剂材料配成的溶液中，调成糊状，均匀涂覆于电极支撑材料上，烘箱中干燥得电吸附电极。

作为优选：投料比为，1～2g聚间苯二胺加入到4～8mL粘结剂溶液中；

作为优选：成型粘结剂材料为聚乙烯醇或壳聚糖，配成的溶液质量分数为2～4％；

作为优选：涂覆工艺为每片电极支撑材料上，涂覆50～100mg聚间苯二胺；

进一步地：电极支撑材料为硬卡纸和金属网，

烘箱中干燥处理温度为60℃，干燥时间为24h。

用聚间苯二胺制备的电吸附电极来处理含有重金属离子的溶液步骤为：将聚间苯二胺电极固定在电吸附容器中，电极用导线与电源相连，施加电压，对含重金属离子的溶液进行吸附，监测溶液电导率变化，以电导率变化表征溶液中重金属离子浓度变化，待溶液电导率降至规定水平，处理完成。

作为优选：含重金属离子的溶液为工业废水和高盐碱地下水。

本发明的有益效果是：聚间苯二胺电吸附电极制作周期短，成本低的优点；以聚间苯二胺修饰的电极用于吸附重金属离子时具有操作方便、重金属离子去除率高、吸附容量大的优点。在电化学调控吸附的同时，聚间苯二胺的氧化还原态发生变化，其中的苯式亚胺结构比例上升，更有利于对重金属离子的络合。

附图说明：

图1：聚间苯二胺作为吸附电极，对含重金属离子的溶液进行电吸附时，Cu²⁺离子浓度与溶液电导率的关系

图2：聚间苯二胺红外光谱图：(A)0V处理样品、(B)0.3V处理样品、(C)-0.3V处理样品

图3：电位对聚间苯二胺电吸附效果的影响

具体实施方式

在本发明详细叙述和实施例中所示的各项测定值是按下述方法测定的：

吸附容量Q(mg·g^-1)及去除率R(％)分别根据以下公式计算

Q＝(C₀—C_t)V/m

R％＝(C₀—C_t)/C₀×100％