[发明专利]三氧化二铁活性炭纤维复合电吸附材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种Fe₂O₃/活性炭纤维复合电吸附材料的制备方法，属于电吸附技术领域。本发明提供的Fe₂O₃/活性炭纤维复合电吸附材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将活性炭纤维酸化后清洗，得到处理后的活性炭纤维；(2)以步骤(1)得到的处理后的活性炭纤维作为阴极，以Ti/IrO₂作为阳极，将阴极和阳极放置在含有硫酸亚铁和硫酸钠的水溶液中进行电沉积，得到改性活性炭纤维复合电吸附材料；(3)将步骤(2)得到的改性活性炭纤维复合电极放置烘箱中，加热烘干得到Fe₂O₃/活性炭纤维复合电吸附材料。本发明提供的复合电吸附材料可用于处理水溶液中重金属铜，对金属铜具有更高的吸附效率和更快的吸附速度。

技术领域

本发明属于电吸附材料技术领域，具体涉及一种Fe₂O₃/活性炭纤维复合电吸附材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着工业发展环境以及水质污染越来越严重，尤其是电镀、石化和制药已成为当今全球三大污染工业，据统计，全国电镀厂每年排出的电镀废水约40亿m³，约占废水总排放量的10％。电镀废水的水质复杂，成分不易控制，其中含有铬、镉、镍、铜、锌、金、银等重金属离子和氰化物等，有些属于致癌、致畸、致突变的剧毒物质。因此，对电镀用水的治理历来受到各国政府的重视，对电镀废水的治理方法很多，主要有物理化学法、电解法、离子交换法和膜处理法等，但是这些方法都不同程度的存在操作困难、运行费用高和易造成二次污染严重等问题。

电吸附作为近年来的一项新兴除盐技术，具有运行成本低，无二次污染等优点。因此，用电吸附法去除水中各种带电粒子的研究己经得到了人们的广泛重视，电吸附可用于对水中各类盐分的去除，对铜、镍等金属离子和部分极性较大的有机物也有较好的去除效果。应用电吸附法处理重金属离子废水，不但可以减轻环境污染，更能回收其中的重金属物质，具有很好的发展前景。

吸附电极是电吸附技术的核心部件，它的性能直接关系到处理效果的好坏。电吸附技术是以吸附能力较强的导电材料作电极，在通电的条件下，水中带电粒子在阴阳两极间受到电场力的作用，分别向电性相反的电极迁移，吸附在电极表面，在双电层内富集，最终实现盐与水的分离，获得净化或淡化的出水。电吸附除盐的电极必须拥有较大的表面积和良好的导电性能，如活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶、碳纳米管等，其中碳纳米管和炭气凝胶的除盐性能好，但价格昂贵。活性炭的吸附能力有限，活性炭纤维具有比表面积大、微孔结构发达、孔径小且分布窄、吸附容量大、吸脱速度快以及再生容易等优点，并且在液相、气相中对有机物和阴、阳离子吸附效率高，吸、脱附速度快，可再生循环使用，同时耐酸、碱，耐高温，适应性强，导电性和化学稳定性好，是一种比较理想的环保材料，然而活性炭纤维在水相中对金属离子的吸附效率和吸附速度有限，并且活性炭纤维的吸附能力有所提高，但属于软性材料，且导电性能稍差，应用时能耗大，成型效果差，有必要对活性炭纤维进行改性，提高其导电性能和电吸附效率。

例如，中国专利申请201711200933.5中公开了一种吸附电极，该吸附电极由金属纤维材料制成。相应的，本发明还提供一种吸附电极的制作方法和吸附模块。本发明将金属纤维技术首次应用到电吸附除盐领域，通过将金属纤维材料制成吸附电极，再将吸附电极制成吸附除盐模块(即吸附模块)，这种吸附电极制成的吸附除盐模块工艺简单、不使用粘合剂、材料可以自行加工、制作成本低，吸附除盐能力强，再生效果好，使用寿命长，把复杂专业的电吸附技术变成了简单易行的技术，有利于大规模的市场应用，该申请以纯钛棒为原料加工成若干直径为5～40μm的金属短纤维材料，操作繁琐，并且能耗大。