本發(fā)明涉及一種水處理技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是利用酸化活性炭纖維作為電極材料電吸附去除水中Cu²⁺離子的方法，該方法去除速率快，不產(chǎn)生二次污染。

背景技術(shù)：

隨著冶金工業(yè)和電子工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量的銅粉洗滌廢水、電鍍廢水和印刷電路板生產(chǎn)過(guò)程的堿氨蝕刻廢液，這些含銅廢水具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但對(duì)人及環(huán)境都有危害。相關(guān)研究表明，作為生命必須的有益元素，銅本身毒性較小，但人體吸入過(guò)量的銅后，就會(huì)刺激消化系統(tǒng)，引起腹痛嘔吐，長(zhǎng)期過(guò)量可造成肝硬化。銅對(duì)低等生物和農(nóng)作物毒性也較大，對(duì)魚類達(dá)0.1～0.2mg/L即可致死；對(duì)農(nóng)作物，銅是重金屬中毒性最高者，它以離子的形態(tài)固定于根部，影響?zhàn)B分吸收機(jī)能，使農(nóng)作物出現(xiàn)病害。土壤中含銅量20mg/kg時(shí)，小麥會(huì)枯死；達(dá)到200mg/kg時(shí)，水稻會(huì)枯死。用含銅廢水灌溉農(nóng)田，將使作物受害，大大影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)。氨蝕刻廢液中銅離子超標(biāo)14～16萬(wàn)倍，對(duì)水、土均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染。當(dāng)水中含銅0.01mg/L時(shí)，水的生化耗氧過(guò)程會(huì)受到抑制，對(duì)水體自凈有明顯的影響；超過(guò)3.0mg/L時(shí)會(huì)產(chǎn)生異味。而且水體中的銅元素不能被微生物分解，相反生物體可使其富集，并把它轉(zhuǎn)化為毒性更大的重金屬有機(jī)化合物，很容易通過(guò)水系進(jìn)入人體。由于銅與人體中某些組織的親和力特別大，結(jié)合后會(huì)抑制酶的活性，從而對(duì)人體發(fā)生毒害作用。

電容去離子(capacitive deionization，CDI)又稱電吸附(electrosorption)，是一種利用帶電的電極表面吸附水中離子和帶電粒子，凈化水體中離子及帶電粒子的新型水處理技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是：去除過(guò)程不涉及氧化還原反應(yīng)，能耗低；吸附飽和后的電極可通過(guò)施加反向電壓或短路的方式得以再生，再生操作簡(jiǎn)便；去除離子過(guò)程中無(wú)需添加其他輔助材料，不產(chǎn)生二次污染；整個(gè)去除和再生過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，電極使用壽命長(zhǎng)。因此相比于傳統(tǒng)除銅處理工藝，電容去離子技術(shù)在含銅等重金屬?gòu)U水處理的應(yīng)用領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。

活性炭纖維是一種強(qiáng)度大、密度小、耐腐蝕的新型非金屬材料。由于活性炭纖維具有比表面積大，微孔體積數(shù)大以及電阻率小等特點(diǎn)，作為電吸附電極材料得到一定應(yīng)用?；钚蕴坷w維具有連續(xù)的塊狀結(jié)構(gòu)，能直接用作電吸附電極，因此可以簡(jiǎn)化制作工藝并降低使用成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明設(shè)計(jì)一種電吸附去除水中銅離子的方法，包括以下具體步驟：

(1)活性炭纖維酸化處理：用鹽酸浸泡，然后用大量的去離子水沖洗，直至pH值為中性，電導(dǎo)率值小于5μS·cm^-1。放置于烘箱中110℃烘干，置于干燥器中得到酸化活性炭纖維；

(2)制備活性炭纖維電極：將步驟(1)中的酸化活性炭纖維裁剪成塊狀大小得到活性炭纖維電極；

(3)將步驟(2)中得到的活性炭纖維電極組裝安裝在電吸附模塊中電吸附去除水中重金屬離子；

(4)電吸附法去除水中重金屬離子：配置重金屬離子溶液，量取重金屬離子溶液在燒杯中，將步驟(3)中組裝好的活性炭纖維電極電吸附模塊進(jìn)行電吸附實(shí)驗(yàn)。電吸附實(shí)驗(yàn)利用蠕動(dòng)泵抽取燒杯中的重金屬離子溶液進(jìn)入到電吸附模塊，最終循環(huán)到燒杯中，同時(shí)使用電導(dǎo)率儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溶液中電導(dǎo)率的變化，當(dāng)電導(dǎo)率保持不變時(shí)，即活性炭纖維電極達(dá)到吸附平衡。

(5)活性炭纖維電極的脫附再生：當(dāng)活性炭纖維電極達(dá)到吸附飽和，將施加在電吸附模塊上的電壓短路或去除，溶液中的電導(dǎo)率將逐漸恢復(fù)到初始值，電極得到了脫附再生。

步驟(1)中所述的鹽酸的濃度為1mol·L^-1，浸泡時(shí)間為3h，pH值接近6.9。

步驟(2)中所述的活性炭纖維電極大小為5cm×5cm。

步驟(3)所述的活性炭纖維電極電吸附去除水中的重金屬離子為Cu²⁺。

步驟(4)所述的重金屬離子Cu²⁺的濃度為100mg/L，工作電壓為1.4V，進(jìn)水流量為15ml/min。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：活性炭纖維的酸化改性的方法簡(jiǎn)便易行，易制作且環(huán)保無(wú)二次污染，利用改性后的活性炭纖維電極作為電吸附模塊的電極具有效率高，操作簡(jiǎn)單，材料易制得且材料的循環(huán)使用性能與不經(jīng)過(guò)改性后的材料具有大幅度的提升。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為實(shí)施例一中制備的活性炭纖維改性后的掃描電鏡圖(SEM圖)；

圖2為實(shí)施例二中溶液Cu²⁺初始濃度對(duì)Cu²⁺去除率的影響；

圖3為實(shí)施例三中工作電壓對(duì)Cu²⁺去除率的影響；

圖4為實(shí)施例四中進(jìn)水流量對(duì)Cu²⁺去除率的影響；

圖5為實(shí)施例五中活性炭纖維電極的吸附脫附再生次數(shù)對(duì)吸附于脫附率的影響。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例一

活性炭纖維的預(yù)處理：將活性炭纖維裁剪成5cm×5cm的大小，用1mol·L^-1的鹽酸浸泡3h，以去除活性炭纖維表面的灰分，然后用大量的去離子水沖洗，直至pH值為中性，電導(dǎo)率值小于5μS·cm^-1。放置于烘箱中110℃烘干，置于干燥器中。

實(shí)施例二

活性炭纖維酸化改性后電極制備過(guò)程與實(shí)施例一相同。

對(duì)活性炭纖維電極組成的電吸附模塊進(jìn)行電吸附去除水中銅離子的實(shí)驗(yàn)。將電吸附實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置成電壓為1.0V，進(jìn)水流量為10mL/min，極板間距控制在1mm的條件下，分別研究了銅離子初始濃度在150mg/L、120mg/L、100mg/L、70mg/L時(shí)活性炭纖維電吸附去除銅離子的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，可見(jiàn)改性后的活性纖維電極對(duì)Cu²⁺具有較好的吸附效果。

實(shí)施例三

活性炭纖維酸化改性后電極制備過(guò)程與實(shí)施例一相同。

選取初始濃度為150mg/L的銅離子溶液，電極間距由夾在兩電極間的無(wú)紡布隔離，間距控制在1mm，控制進(jìn)水流量為10ml/min，分別施加0V、1.0V、1.2V、1.4V、1.6V的工作電壓，用活性炭纖維電極組裝成電吸附模塊進(jìn)行電吸附去除銅離子實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3示?？梢?jiàn)在工作電壓合適的情況下改性后的活性纖維電極對(duì)Cu²⁺具有較好的吸附效果。

實(shí)施例四

活性炭纖維酸化改性后電極制備過(guò)程與實(shí)施例一相同。

實(shí)驗(yàn)條件選取了銅離子濃度為100mg/L，工作電壓控制在1.4V，電極間距由夾在兩電極間的無(wú)紡布隔離，間距控制在1mm研究了活性炭纖維電極的吸附效果。

實(shí)施例五

活性炭纖維酸化改性后電極制備過(guò)程與實(shí)施例一相同。

對(duì)活性炭纖維改性后制成的電吸附電極進(jìn)行循環(huán)電吸附實(shí)驗(yàn)。將活性炭纖維電極安裝在電吸附模塊中，施加工作電壓為1.4V，進(jìn)水流量控制在15ml/min循環(huán)吸附脫附濃度為100mg/L的Cu²⁺溶液，計(jì)算其吸附率與脫附率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。第一次循環(huán)吸附脫附實(shí)驗(yàn)后，活性炭纖維的吸附率為50.86％，經(jīng)過(guò)五次循環(huán)吸附脫附實(shí)驗(yàn)后，去除率僅降低了6.16％，說(shuō)明該材料具有極高的再生性能。