[发明专利]一种电吸附去除水中镁离子的方法

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Mg²⁺离子的方法，该方法去除速率快，不产生二次污染。

背景技术

工业用水中硬度过大，会导致在回收或循环利用的过程中，在管道壁及设备壁产生结垢，缩小管道与设备的断面积，减少循环水流量，甚至堵塞管道及设备，给生产造成严重后果。硬度过大的水会导致锅炉内的管道热量分布不均匀，容易引起管道变形甚至损坏，严重时还会引起爆炸，存在安全隐患，对人体健康造成威胁。生活中，如果水的硬度太大，洗衣服时肥皂不容易起泡沫；用硬水洗头发，会损伤发质；硬水洗衣服会使纤维变硬变脆，会引起皮肤过敏；硬水炒菜不容易熟；硬水会使水壶结垢，不仅浪费资源，而且会导致肠胃不适、腹胀、腹泻，严重时会引发肾结石等。硬水中含有大量的无机盐离子，如果水瓶等器具长时间使用后会形成沉淀物，而且包含多种有害物质，若不处理，会导致有害物质大量积累，并溶解在水中，饮用以后，会造成慢性中毒甚至有致癌的作用，对人体健康有很大威胁。

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。因此相比于传统除镁处理工艺，电容去离子技术在含镁等硬度盐离子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镁离子的方法，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硬度盐离子；

(4)电吸附法去除水中硬度盐离子：配置硬度盐离子溶液，量取硬度盐离子溶液在烧杯中，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硬度盐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硬度盐离子为Mg²⁺。

步骤(4)所述的硬度盐离子Mg²⁺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Mg²⁺初始浓度对Mg²⁺去除率的影响；

图3为实施例三中工作电压对Mg²⁺去除率的影响；

图4为实施例四中进水流量对Mg²⁺去除率的影响；

图5为实施例五中活性炭纤维电极的吸附脱附再生次数对吸附于脱附率的影响。