[发明专利]一种含有电子穿梭体的电容去离子复合电极去除水中磷酸根离子的方法

说明书

本发明属于废水处理技术领域，公开了一种含有电子穿梭体的电容去离子复合电极去除水中磷酸根离子的方法。首先通过水热法制备水滑石/活性炭纤维复合电极，并在其中负载二茂铁及其衍生物。该方法制备的复合电极中水滑石垂直生长于碳纤维表面，为水中磷酸根离子的扩散提供便捷通道，且具有较高比表面积，其中的二茂铁及其衍生物可有效加速电极/电解质界面发生的可逆氧化还原反应，提高电子转移速率和离子迁移率，进而提高磷酸根的去除效率。该方法制备的复合电极吸附容量大、电流效率高、稳定性良好，并且工艺简单、成本低廉、环境友好、易于大规模生产，能高效去除水中磷酸根离子，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种含有电子穿梭体的电容去离子复合电极制备方法。

背景技术

目前，水环境中的磷污染已经严重的危害到生态系统的正常循环和人类生产生活的可持续发展。常用的除磷技术包括物理法、化学法和生物法等，普遍不同程度的存在去除率低、处理费用高和易产生二次污染等缺点。

近年来，电容去离子作为一种用于离子吸附的新兴技术引起了越来越多的关注。电容去离子技术在环境治理领域以及其他应用领域具有广阔应用前景，如脱盐和去除氮、氟化物和磷酸盐等。与其它除磷技术相比，电容去离子技术更加环保，其在操作过程中不会产生有毒有害的副产物和二次污染，且无需使用昂贵的设备和材料，操作方便。

电容去离子技术处理含磷废水多采用碳基材料作为电极，因其具有较大的比表面积、良好的电导率和低成本的优势，主要包含活性炭、碳气凝胶、碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维等。此外，法拉第电极材料，包括过渡金属氧化物、氧化还原活性有机材料和氧化还原活性复合材料等，往往不局限于表面的双电层电容，还可以利用电极材料的氧化还原活性，达到远高于传统碳材料的电化学比容量。所以，将法拉第电极材料引入电化学脱盐领域，不仅可以大幅度提高脱盐率，还可对某些离子进行选择性吸附。

含有过渡金属的水滑石层状材料，具有较高的比表面积、电化学活性、层间结构和组成可调控和层间阴离子可交换等优异特性，且对环境友好，合成方便，是一类很有发展前途的电极材料。

天然有机质、多金属氧酸盐、活性炭和醌类物质等氧化还原介体，作为电子穿梭体，可通过其氧化态与还原态的循环转换，加速电子由初级电子供体到最终电子受体的传递，从而使反应速率提高一个到几个数量级，并且自身结构不发生变化。由于二茂铁及其衍生物具有独特的电化学可逆性、高氧化还原性等特性，以及对环境友好、无生物毒性等特点，广泛应用于电化学领域，可作为电子穿梭体应用于电化学检测、生物催化和电合成等方面。

本发明将性能优良的电子穿梭体二茂铁及其衍生物应用于电容去离子系统，通过制备水滑石/活性炭纤维复合电极，高效电吸附水中磷酸根离子。通过在电极材料中加入二茂铁及其衍生物，加速电极/电解质界面发生的可逆氧化还原反应，提高电子转移速率和离子迁移率，进而提高磷酸根的去除率和电流效率。所以，本发明为电吸附去除废水中离子提供广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种含有电子穿梭体的电容去离子复合电极制备方法。制备含有二茂铁及其衍生物的水滑石/活性炭纤维复合电极，并将其应用于电吸附去除水中磷酸根离子。该方法制备的复合电极吸附容量大、电流效率高、稳定性良好，并且工艺简单、成本低廉、环境友好、易于大规模生产。

本发明的技术方案是：通过水热法制备水滑石/活性炭纤维复合电极，并加入电子穿梭体二茂铁及其衍生物，组装电容去离子装置，在施加一定电压下，吸附去除水中磷酸根离子。

本发明涉及一种含有电子穿梭体的电容去离子复合电极制备方法，包括以下步骤：