[发明专利]一种利用层状金属氧化物吸附砷的含氧酸根的电容去离子技术

说明书

一种利用层状金属氧化物吸附砷的含氧酸根的电容去离子技术，其属于水处理科学技术领域。本发明涉及的脱盐方法为电容去离子法，阳极材料为焙烧后的石墨烯与层状双金属氧化物的复合物，阴极材料为硝酸酸化的活性碳。组装完成后，施加0.4‑1.2V的电压，对砷的含氧酸根水溶液进行吸附，吸附效率可达到97％，朗格谬尔最大理论吸附值达到849mg/g。本发明的目的在于提供一种高效率、低能耗、无二次污染吸附砷的方法，有效的降低水体中砷的浓度。

技术领域

本发明涉及一种利用层状金属氧化物吸附砷的含氧酸根的电容去离子技术，其属于水处理科学技术领域。

背景技术

在地球上水作为最常见的物质之一，是所有生命赖以生存的重要资源，同时也是生物体的重要组成部分。俗话说，水的质量决定了生命的质量，可见水质对于人体健康的重要性。砷是一种具有较强生物毒性的元素，长时间的接触无机砷，主要是通过饮用砷含量过高的地下水，以及利用这类地下水所加工的食品及灌溉的粮食，从而造成砷的慢性中毒。主要表现为致癌、皮肤损伤、心脑血管等疾病。在中国大部分北方的地下水中，砷的含量已经远远超出了世界饮用水卫生组织规定的砷的标准浓度10ug/L。人们暴露于过高水平的砷—一种天然地下水污染中。2001至2005年间，中国卫生部实施了一项“中国全国水砷污染抽样筛选计划”，筛查了292个县（占全国12%）的20517个村庄，约445000口水井的砷污染情况。调查发现，超过5%的水井，砷浓度高于中国前国家标准——50ug/L，在已知与可疑的地方性砷中毒地区，大约有10000个人受到地方性砷中毒的影响。继续筛检水井后，可估计，有560万人在饮用含高浓度砷（50ug/L）的饮用水,大约有1470万人饮用砷浓度大于10ug/L的饮用水。因此，解决地下水砷污染问题是一项利国利民，具有重要意义的工作。

传统的吸附砷的方法有氧化沉淀法、絮凝／协同沉淀、离子交换与吸附、膜技术及生物技术等。相比于以上方法，电容去离子法具有低能耗、低成本、高效率、安全可靠无二次污染等特点。有效的降低了水体中砷的浓度。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用层状金属氧化物吸附砷的含氧酸根的电容去离子技术，以吸附水中的砷。

本发明采用的技术方案为：一种利用层状金属氧化物吸附砷的含氧酸根的电容去离子技术，该技术采用去离子电容模块与直流电压电路构成闭合回路，带有砷的含氧酸根水流经去离子电容模块后砷的含氧酸根被吸附；闭合回路在0.4-1.2V的恒流电压下，对砷的含氧酸根进行吸附；所述砷的含氧酸根为亚砷酸根、砷酸根、砷酸氢根、砷酸二氢根；

所述去离子电容模块包括阳极、阴极、有机玻璃板、钛条、阳离子交换膜和硅胶垫片；所述阳极材料为层状Mg/Al、Ca/Al、Ca/Ti或Ni/Co双金属氧化物与氧化石墨烯的复合物；阴极材料为硝酸溶液处理后的活性炭。

所述阳极材料的制备方法为：按照2:1-4:1的摩尔比称取两种无机金属盐，溶于200ml去离子水中，超声30分钟后加入碱源尿素，将以上混合物装入反应釜，放入烘箱中120摄氏度反应24小时，结束后将材料洗涤至中性，80摄氏度干燥，研磨至小颗粒。将上述样品在氩气氛围下400-600摄氏度焙烧5个小时，升温速率为2-5摄氏度每分钟；两种无机金属盐为Mg/Al、Ca/Al、Ca/Ti或Ni/Co的无机金属盐；

所述阴极材料的制备方法为称取5g活性炭，加入到体积分数为20％－50%的硝酸溶液中，50-70摄氏度下热处理5个小时；结束后冷却至室温，将材料洗涤至中性，80摄氏度烘干得阴极材料。

所述阳极或阴极的制备方法：按照82.5:10:7.5的质量比，将阳极材料或阴极材料、聚乙烯吡咯烷酮/聚乙烯醇缩丁醛、乙炔黑混合，总质量控制在0.1-0.2g之间，将上述材料放入研钵中，加入乙醇进行研磨，待研磨至无明显颗粒将研钵中的混合物均匀涂布在5*7cm的石墨纸上；静置风干，放入烘箱中80摄氏度下干燥30分钟后得到阳极或阴极。