复合改性电极电吸附除盐技术的研究

发布时间：2018-03-03 04:25

本文选题：电吸附除盐技术　切入点：复合改性电极　出处：《兰州交通大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：淡水资源短缺是全球面临的一个严重问题,而面对淡水资源的危机,我们的主要应对措施有海水、苦咸水淡化以及对大量生活污水和工业废水进行处理并回收利用。在此社会环境下,电吸附除盐技术作为一种新型环保除盐方法,具有能耗小、成本低、设备简单的优点,在饮用水净化,海水、苦咸水淡化(净化))以及高盐废水处理等领域深受关注,同时如何增大电吸附除盐技术的除盐效果成为当下的研究热点。本实验的目的是通过对电极材料的复合改性提高除盐效果。本实验主要分为两个部分:电极材料的比选改性和电吸附除盐实验。电极材料比选改性实验:首先对比表面积不同的不同型号活性炭纤维进行脱盐效果的比选,选择比表面积最大的STF1500型活性炭纤维作为本实验复合改性电极的一部分,分别进行酸改性,碱改性,金属盐改性以及酸和金属盐的联合改性。利用扫描电子显微镜(SEM)分别分析改性后的活性碳纤维表面形貌的改变,通过红外表征观察改性后官能团的变化情况。主要目的是为电吸附除盐实验提供实验根据。电吸附除盐实验:通过自制板式电吸附装置,采用不同金属电极板(304不锈钢板、流量钛板、钌铱钛涂层板)复合不同改性活性碳纤维(硝酸改性、氨水改性、硝酸银改性及硝酸和硝酸银的联合改性)作为电极,分别研究这12组复合改性电极对实验室模拟盐水中离子的吸附性能,确定最佳的复合改性电极材料。对电吸附脱盐过程分别进行Lagergren准一级动力学方程、Lagergren准二级动力学方程以及Weber-Morris方程拟合,研究电吸附过程的脱盐机理。随后采用单因素分析法,探讨了实验电压、进水流量、进水盐浓度对除盐效果的影响,确定了最佳实验工况。最后,以最佳工况参数为运行参数开展动态模拟实验,验证了该技术对模拟盐水中其他污染物的去除效能。实验结果如下:(1)通过对比表面积不同的STF1100型、STF1300型、STF1500型活性炭纤维分别复合不锈钢板作为电极进行电吸附除盐实验,比选结果表明STF1500型活性炭纤维对实验室模拟盐水的除盐效果最好,说明比表面积越大,孔径越小,除盐效果越好。(2)利用扫描电子显微镜(SEM)分别观察改性后的活性碳纤维表面形貌,发现经过不同改性处理后的活性炭纤维表面形貌发生了不同变化,主要有酸的强氧化性引起的大片烧灼坍塌现象而导致结构发生的变化,以及金属银离子的附着。(3)对不同改性后的活性炭纤维进行红外表征,旨在通过观察其表面官能团的变化情况,发现氨水改性电极材料出现氨基的吸收峰,硝酸改性后材料在含氧官能团所在区吸收峰更加明显,硝酸银负载后材料则主要表现为对波形的影响,在接近500cm-1时出现较明显的吸收峰,这可能与银离子的引入有关。(4)对12组复合改性电极进行的模拟盐水脱盐实验效果表明,钛板复合联合改性后的活性炭纤维电极为除盐效果最佳的复合改性电极,平均除盐率为37.79%,最大除盐率为57.33%,其中活性炭纤维的单位体积吸附量为15.379mg/m3·min。这与硝酸对活性炭纤维结构的改变以及金属银离子和钛元素的附着有关。(5)动力学方程拟合结果表明,复合改性电极电吸附除盐过程最符合内扩散模型,Lagergren准二级动力学方程次之。(6)最佳复合改性电极在不同工况条件下的脱盐效果表明,电吸附装置的除盐率随实验电压的增大而增大,随进水流量的增大而减小,随进水盐浓度的增大而减小,其中影响电吸附装置平均除盐率因素的主次顺序为:实验电压进水盐浓度进水流量。(7)最佳复合改性电极电吸附除盐装置对实验室模拟盐水的其他污染物(浊度、氨氮、CODcr)均有较好的去除效果。由此可以看出该复合改性电极电吸附装置在苦咸水或高盐废水的净化领域有较好应用前景。
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【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O647.3;X703

【参考文献】