[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

说明书

本发明涉及一种用于吸附废水中金属离子的工作电极、电吸附系统及方法，属于电吸附化学工程技术领域。所述工作电极以碳布或碳纸为基底，以偕胺肟基为功能基团，通过含氧基团作为连接位点接枝到形成；采用氧化‑腈基化‑肟化三步法制备得到。所述工作电极可对酸性废水中的多种金属离子选择性吸附，且吸附效果良好；反应完成后可以通过施加反向电压对工作电极上吸附的金属离子脱附，实现回收。所述电吸附系统包括电信号发生器和电吸附反应池，电吸附反应池包括所述工作电极和对电极；所述电吸附系统技术参数可控且操作简便，可实现高效电吸附反应。所述方法采用所述电吸附系统进行，利用方波周期性电场对酸性废水中多种金属离子进行有效吸附。

技术领域

本发明涉及一种用于吸附废水中金属离子的工作电极、电吸附系统及方法，具体地说，涉及一种利用方波周期性电场选择性吸附与回收酸性废水，如核工业废水、铀矿浸出液、钢铁工业酸性废水及稀土冶炼废水中含有的多种金属离子的工作电极、电吸附系统及方法，属于电吸附化学工程技术领域。

背景技术

随着中国核电事业的发展，从核工业废水中分离铀、钍和锆等资源，是核燃料循环的重要目的。此外，开采、冶炼以及提纯等涉及铀资源的操作过程都会产生含多种金属离子的酸性核工业废水。在自然降水浸取与输送的影响下，酸性核工业废水中的金属离子，尤其是重金属离子会释放迁移至土壤和水体，致使人体产生癌变和其它放射性病变。在铀矿开采加工过程中，经常采用酸浸(多数采用硫酸)的方法来从铀矿石中浸出铀，在这个工艺过程中，同样溶解了很多矿石中的大量杂质，使得该过程产生的铀矿浸出液中含有很多金属杂离子。另外，在钢铁生产工业，会在钢材加工前用硫酸进行酸洗除去钢材表面上的氧化物及毛刺等来提高钢材的表面质量。酸洗后会产生大量pH值较低的酸性废水，并含有一定量的铁离子及多种杂质。中国稀土矿多采用湿法冶炼，从而产生了大量酸性废水。另外，由于稀土矿种类的复杂性，废水中同时含有浓度极高的氟化物、多种重金属离子以及其他污染物质，对环境造成了很大危害。

我国对含重金属离子的酸性废水的处理和排放有着严格的标准要求。因此，无论是从资源的可持续利用还是环境安全的角度考虑，对酸性核工业废水、铀矿浸出液、钢铁工业酸性废水及稀土冶炼废水中金属离子及重金属离子的去除和回收工作都具有重大意义。

目前，Liu等用半波矫正交流电的方法高选择性吸附了海水中的铀(Liu C,Hsu PC,Xie J,et al.A half-wave rectified alternating current electrochemicalmethod for uranium extraction from seawater[J].Nature Energy,2017,2(4):17007.)，Shi等采用周期性交流电位法，能在pH值为5以及多种金属离子共存时提高电极对铀的选择性吸附能力(Zhang P,Wang L,Huang Z,et al.Aryl Diazonium-AssistedAmidoximation of MXene for Boosting Water Stability and Uranyl Sequestrationvia Electrochemical Sorption[J].ACS Applied MaterialsInterfaces,2020,12(13):15579-15587.)，由此可见电吸附方法在碱性海水和pH值为5的水溶液中选择性分离重金属离子的可行性。

电吸附系统一般由供电装置和吸附装置组成，供电装置为能调节电压、频率、波形等参数的电源，吸附装置为使用吸附材料作为工作电极的电吸附反应池，供电装置和吸附装置通过导线连接形成完整的回路。溶液中的带电离子在电场力的作用下向电荷相反电极方向移动，吸附在电极材料表面，使溶液中目标带电离子的浓度逐渐降低，从而达到净化水体的目的。

电吸附的性能在很大程度上取决于所用的电极材料。碳族元素材料由于其导电性好，含氧官能团多，比表面积大等优点，目前已经成为电吸附的主要研究对象。