[发明专利]用于吸附废水中金属离子的工作电极、电吸附系统及方法

权利要求书

1.一种用于吸附废水中金属离子的工作电极，其特征在于：所述工作电极以碳材料为基底，所述碳材料为碳布或碳纸，以偕胺肟基为功能基团；所述功能基团与所述基底通过含氧基团作为连接位点接枝到一起构成偕胺肟基改性的碳材料，即为所述工作电极；所述工作电极采用如下方法制备得到：

（1）将干燥的碳材料基底完全浸没在质量分数为68%~98%浓硝酸中，加热至80℃~100℃反应3h~4h进行氧化，得到氧化碳材料，用水冲洗直至冲洗液的pH值为5~7，得到冲洗后的氧化碳材料；

（2）将丙烯酸、丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺混合得到混合溶液，将冲洗后的氧化碳材料完全浸没在所述混合溶液中，加热至78℃~82℃回流搅拌反应24h~30h，干燥得到腈基化碳材料；

（3）将盐酸羟胺加入到甲醇水溶液中得到混合溶液，用氢氧化钠将混合溶液的pH调节为碱性，再将腈基化碳材料完全浸没在混合溶液中，加热至60℃~90℃搅拌反应10h~12h，干燥，得到偕胺肟基改性的碳材料，即为所述工作电极；

步骤（1）中：

所述水为去离子水纯度以上的水；

步骤（3）中：

甲醇水溶液中的水为去离子水纯度以上的水；

所述废水为硝酸或硫酸或氢氟酸形成的酸性废水溶液，其中含有金属离子包括但不限于铀酰离子、锆离子、铁离子、铅离子、镍离子、钙离子、铯离子、锰离子、铜离子、镁离子和锶离子中的一种以上。

2.根据权利要求1所述的一种用于吸附废水中金属离子的工作电极，其特征在于：所述金属离子每种离子的浓度为5mg/L~50mg/L。

3.根据权利要求1所述的一种用于吸附废水中金属离子的工作电极，其特征在于：所述废水为酸性核工业废水、铀矿浸出液、钢铁工业酸性废水和稀土冶炼废水中的一种以上。

4.根据权利要求1所述的一种用于吸附废水中金属离子的工作电极，其特征在于：所述废水为酸性核工业废水、铀矿浸出液、钢铁工业酸性废水和稀土冶炼废水中的一种以上，所述金属离子每种离子的浓度为5mg/L~50mg/L。

5.根据权利要求1所述的一种用于吸附废水中金属离子的工作电极，其特征在于：步骤（1）中，冲洗直至冲洗液的pH值为7；

步骤（2）中，所述混合溶液中，丙烯酸、丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:4:4；

骤（3）中，甲醇水溶液中甲醇与水的体积比为2:3，混合溶液的pH值调节为8。

6.一种用于吸附废水中金属离子的电吸附系统，其特征在于：所述电吸附系统包括电信号发生器和电吸附反应池；

电信号发生器为能够提供输出频率200Hz~1000Hz，电压-4V~0V的电信号发生器；

电吸附反应池包括工作电极和对电极；

工作电极为如权利要求1~5中任一项所述的一种用于吸附废水中金属离子的工作电极，对电极为对应所述工作电极的同种碳材料基底；

电吸附反应池盛装待处理的废水，工作电极一端插入废水中，另一端与电信号发生器的正极通过导线连接，对电极一端插入废水中，另一端与电信号发生器的负极通过导线连接。

7.一种用于吸附废水中金属离子的方法，其特征在于：所述方法采用如权利要求6所述的一种用于吸附废水中金属离子的电吸附系统进行，步骤如下：

（1）向所述电吸附系统中的电吸附反应池中加入待处理的废水；将工作电极和对电极一端分别和电信号发生器的正极和负极相连，另一端放入电吸附反应池的废水中；

（2）打开电信号反应器输出电信号，工作条件为：输出方波周期性电压为-4V~0V，占空比为50%，输出频率为200Hz~1000Hz；所述电吸附系统开始运行；

（3）所述电吸附系统连续运行至废水中电导率不再变化，关闭电信号反应器停止电信号输出，完成吸附，将电吸附反应池中电吸附处理后的废水溶液过滤，完成处理。

8.根据权利要求7所述的一种用于吸附废水中金属离子的方法，其特征在于：当使用工作电极和对电极使用的碳材料基底为碳纸时，输出方波周期性电压为-4V；当使用工作电极和对电极使用的碳材料基底为碳布时，输出方波周期性电压为-2.5V。