阳离子表面活性剂改性活性炭电极对地下水中砷的吸附研究

发布时间：2020-05-03 19:51

【摘要】：本论文采用电容去离子技术,研究阳离子表面活性剂改性活性炭电极对地下水中的砷的吸附影响。先比较了不同种类活性炭电极的电化学性能和对砷离子的去除率,发现比表面积较高的粉末活性炭(PAC)所制备的电极对砷离子的去除率和电化学性能均优于椰壳基活性炭(YK-AC)、木质基活性炭(MZAC)、矿物质基活性炭(KWZ-AC)所制备的电极,说明粉末活性炭(PAC)更适合用来作为CDI电极的原材料。根据比选结果,可知粉末活性炭PAC所制备的电极性能更佳。在此基础上,继续研究了KOH、CPC、CTAC对PAC电极电化学性能的影响。实验结果表明,KOH-PAC-3M/3h电极在KOH改性PAC电极中,比电容最高,较未改性PAC电极(46 F/g),电极比电容提升37%。CTAC-PAC-1mm/12h电极在CTAC改性PAC电极中,比电容最高,较未改性PAC电极(46 F/g),电极比电容提升45%。CPC-PAC-1mm/5h电极在CPC改性PAC电极中,比电容最高,较未改性PAC电极(46 F/g),电极比电容提升38%。为了进一步提升改性活性炭电极的电化学性能,在电极制备过程中添加不同含量的导电炭黑(CB)和聚偏氟二乙烯(PVDF),研究电极制备比例(CB/PVDF/AC)对KOH-PAC-3M/3h、CP C-PAC-1mm/5h、CTAC-PAC-1mm/12h电极的电化学性能影响。实验结果表明,按CB/PVDF/KOH-PAC=15/10/75,CB/PVDF/CPC-PAC=15/5/80,CB/PVDF/CTA C-PAC=15/5/80比例所制备的改性活性炭电极电化学性能最好,其电极比电容较未改性的PAC电极(46 F/g),分别上升143%、169%、143%,电极电化学性能较未调整电极制备比例前,性能大幅上升。在砷吸附实验中,CB/PVDF/CPC-PAC-15/5/80、CB/PVDF/CTAC-PAC-15/5/80电极对砷离子的去除率较PAC电极,均提升29%,说明经阳离子改性剂改性及电极制备比例调整,电极比电容和电极对砷的去除率均有提升。CB/PVDF/KOH-PAC-15/10/75电极对砷离子的去除率较PAC电极下降,说明经KOH改性及电极制备比例调整,电极比电容大幅上升,但电极对砷的去除率却出现下降。综合比较其电极性能,可知CB/PVDF/CPC-PAC-15/5/80电极对砷离子的吸附效果和电化学性能均优于CB/PVD F/KOH-PAC-15/10/75电极和CB/PVDF/CTAC-PAC-15/5/80电极,且电极稳定性较好,适合用来作为CDI电极。根据比选结果,可知CB/PVDF/CPC-PAC-15/5/80电极性能最好。将CB/P VDF/CPC-PAC-15/5/80电极,组装成CDI组件,研究CDI的操作条件对电极除砷性能的影响。实验结果表明,在进水As(III,V)浓度100μg/L,运行流量5mL/min;电极间距2 mm;操作电压1.8 V时,电极对水中砷离子的去除率最高,达93%,出水砷浓度控制在10μg/L以下,符合生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)中关于砷浓度的限定。
【图文】：

（YK-AC）电极、矿物质基活性炭（KWZ-AC）电极、粉末活性炭（PAC）电极的在扫描速率为 0.002 V/s 下的电极比电容。由图3.1和图3.2结果可知，KWZ-AC、MZ-AC、YK-AC、PAC电极在0.002V/s扫描电压下的比电容分别为 0.37 F/g、1.7 F/g、3.4 F/g、46 F/g，PAC 活性炭电极的比电容远高于 KWZ-AC、MZ-AC、YK-AC 电极。而电极拥有的比电容越大就意味着活性炭电极孔洞内可以容纳的离子越多，电极对离子的吸附量就越大，说明 PAC 活性炭电极在做阳极时对阴离子的吸附量高于其他 3 种活性炭电

（YK-AC）电极、矿物质基活性炭（KWZ-AC）电极、粉末活性炭（PAC）电极的在扫描速率为 0.002 V/s 下的电极比电容。由图3.1和图3.2结果可知，，KWZ-AC、MZ-AC、YK-AC、PAC电极在0.002V/s扫描电压下的比电容分别为 0.37 F/g、1.7 F/g、3.4 F/g、46 F/g，PAC 活性炭电极的比电容远高于 KWZ-AC、MZ-AC、YK-AC 电极。而电极拥有的比电容越大就意味着活性炭电极孔洞内可以容纳的离子越多，电极对离子的吸附量就越大，说明 PAC 活性炭电极在做阳极时对阴离子的吸附量高于其他 3 种活性炭电
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ424.1;X523

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本文编号：2648032