[发明专利]一种电吸附去除水中锰离子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水处理技术领域的方法，具体是利用酸化活性炭纤维作为电极材料电吸附去除水中Mn²⁺离子的方法，该方法去除速率快，不产生二次污染。

背景技术

在工业方面，如纺织、印染、造纸、漂白粉和胶卷等行业，漂洗用水中含有较高的锰则会降低产品的色泽，影响其颜色的鲜艳度。使用含锰水作为食品和酿造用水，将严重影响食品的色、香、味等。当水中含锰量超过一定值时，还将导致生产设备出现故障而无法正常运行。在给排水管网方面，水中锰含量高，锰会沉积在管壁上而降低管道的通水能力，其沉淀剥落或者锰在管道末端产生积淀时，将严重影响供水水质及堵塞管道，增大水流阻力，即形成所谓的“黑水”或“黄水”，严重时还会引起管道的腐蚀破坏。含锰废水进入生活饮用水中，由于水中锰的异味较大，污染生活器具，使人们无法正常使用且会造成慢性中毒，我国生活饮用水标准将水中锰含量限制在0.1mg/L以下。含锰废水会对周边的土壤及生态环境造成危害。过量锰的摄入会引起动物和植物中毒，主要表现为对人和动物的神经系统产生毒害。渣废弃地一般通气透水性较差，易造成地表积水，引起植物根部组织缺氧，加上土壤重金属锰的毒害，植物生长严重受阻。

电容去离子(capacitive deionization，CDI)又称电吸附(electrosorption)，是一种利用带电的电极表面吸附水中离子和带电粒子，净化水体中离子及带电粒子的新型水处理技术，其优点是：去除过程不涉及氧化还原反应，能耗低；吸附饱和后的电极可通过施加反向电压或短路的方式得以再生，再生操作简便；去除离子过程中无需添加其他辅助材料，不产生二次污染；整个去除和再生过程中没有发生化学反应，电极使用寿命长。因此相比于传统除锰处理工艺，电容去离子技术在含锰等重金属废水处理的应用领域极具应用前景。

活性炭纤维是一种强度大、密度小、耐腐蚀的新型非金属材料。由于活性炭纤维具有比表面积大，微孔体积数大以及电阻率小等特点，作为电吸附电极材料得到一定应用。活性炭纤维具有连续的块状结构，能直接用作电吸附电极，因此可以简化制作工艺并降低使用成本。

发明内容

本发明设计一种电吸附去除水中锰离子的方法，包括以下具体步骤：

(1)活性炭纤维酸化处理：用盐酸浸泡，然后用大量的去离子水冲洗，直至pH值为中性，电导率值小于5μS·cm^-1。放置于烘箱中110℃烘干，置于干燥器中得到酸化活性炭纤维；

(2)制备活性炭纤维电极：将步骤(1)中的酸化活性炭纤维裁剪成块状大小得到活性炭纤维电极；

(3)将步骤(2)中得到的活性炭纤维电极组装安装在电吸附模块中电吸附去除水中锰离子；

(4)电吸附法去除水中锰离子：配置重锰离子溶液，量取锰离子溶液在烧杯中，将步骤(3)中组装好的活性炭纤维电极电吸附模块进行电吸附实验。电吸附实验利用蠕动泵抽取烧杯中的锰离子溶液进入到电吸附模块，最终循环到烧杯中，同时使用电导率仪实时监测溶液中电导率的变化，当电导率保持不变时，即活性炭纤维电极达到吸附平衡。

(5)活性炭纤维电极的脱附再生：当活性炭纤维电极达到吸附饱和，将施加在电吸附模块上的电压短路或去除，溶液中的电导率将逐渐恢复到初始值，电极得到了脱附再生。

步骤(1)中所述的盐酸的浓度为1mol·L^-1，浸泡时间为3h，pH值接近6.9。

步骤(2)中所述的活性炭纤维电极大小为5cm×5cm。

步骤(3)所述的活性炭纤维电极电吸附去除水中的金属离子为Mn²⁺。

步骤(4)所述的重金属离子Mn²⁺的浓度为100mg/L，工作电压为1.4V，进水流量为15ml/min。

本发明的优点在于：活性炭纤维的酸化改性的方法简便易行，易制作且环保无二次污染，利用改性后的活性炭纤维电极作为电吸附模块的电极具有效率高，操作简单，材料易制得且材料的循环使用性能与不经过改性后的材料具有大幅度的提升。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为实施例一中制备的活性炭纤维改性后的扫描电镜图(SEM图)；

图2为实施例二中溶液Mn²⁺初始浓度对Mn²⁺去除率的影响；

图3为实施例三中工作电压对Mn²⁺去除率的影响；

图4为实施例四中进水流量对Mn²⁺去除率的影响；