近年来,我国在水处理除盐领域取得了较大的发展进步,除盐的技术工艺日渐提升创新。其中,除盐法中的常用方法有:蒸馏法[5]、离子交换法[6]、电渗析法[7]、反渗透法[8]、电去离子法[9]等。除盐方式各有不同,又各自有着各自的优缺点。反观传统水处理办法,例如混凝沉淀法、活性污泥法等,对水体中的胶体颗粒和有机污染物虽能去除一大部分,但对于水中的有害溶解盐类物质,比如亚硝酸盐、重金属离子等等却无法去除。除此之外,纯水制备、海水苦咸水淡化、污水回用等问题也需要用到水处理中的除盐技术手段[10]。在水处理的除盐技术中,含硫酸根离子的废水处理又是主要关注的问题。同时也是冶金、氯碱等工业生产中,急需解决的工业基本问题[11]。纵观前人在含硫酸根离子废水处理领域的研究不难发现,常用的工业废水处理方法不外乎氯化钡法[12]、离子交换法[13]、生物法[14]等。该类方法不仅具有较大的毒性、且易造成二次污染;处理起来体量小、成本高,想要大面积大规模的应用于工业生产汇中依然存在一定难度[15]。随着除盐技术对于水质深度处理重要性的增加,水环境研究领域的专家学者们正在寻找一种高效便捷,经济实用新型除盐技术。其中,电吸附除盐技术被学术界认为是一项具有发展潜力的技术。论文网
电吸附除盐是指通过在电极表面施加电压或电流,使带电离子向相反电极运动并吸附在电极上,从而达到除盐目的方法[16]。与上述其他水处理方法相比,电吸附除盐法具备投资相对较少、能源消耗量低、无较大的二次污染、且可以循环再生,使用寿命时间较长等优势。然而,在电吸附除盐法中电极材料该项技术的关键。大量研究学者在实验过程中利用碳气凝胶或纳米碳管作为电吸附的电极材料[17]。实验结果虽取得了很好的除盐效果,但该种材料的制备过程极其复杂,使用成本很高,仅限于实验室操作,难以大规模的在现实工业生产水处理中进行推广应用。活性炭纤维(ACF)作为一种优良的吸附剂,在水污染处理领域得到了广泛应用,可作为去除水体有机物、溴、特别是合成有机物等物质具有有效手段[18]。且活性炭纤维具有比活性炭更特殊的表面结构和表面化学特性,它的电化学性质对电吸附性能具有很大的影响[19]。研究表明,活性炭纤维在电吸附处理中,污水废水中的有机物分子与活性炭纤维表面的化学物质相互作用,作用效果超过两者的物理相互作用[20]。且材料容易获取,系统设备简单易操作、处理成本不高、后期维护管理方便,节约电耗,没有二次污染等先天优势[21]。故使其在电吸附除盐技术的研究领域中具有非常大价值。
本课题在活性炭纤维电吸附的基础实验之上,以硫酸钠配制的模拟废水为处理对象,采用改性ACF为电极,开展电吸附脱硫酸根的模拟废水除盐实验。该研究首先进行氧化镍负载实验,通过改变氧化镍的浓度来确定最佳改性条件,制得Ni-ACF电极。其次,在不同的工作电压,氧化镍的负载量以及溶液浓度等因素条件下,以优化电吸附条件和电吸附平衡时间,探究废水中硫酸根离子去除的最优反应条件,以期为后人在研究废水除硫酸根离子的实际应用中提供科学依据。
1 材料与方法
1。1 实验装置
实验所需仪器有反应器,超级恒温水箱,电导率仪,数显定时恒流泵,离子色谱仪。反应器由有机玻璃板制作,分隔成间距为20mm的6个隔室,两侧有进水口、出水口;用适量导电胶将不锈钢制作的集成电极和活性炭纤维制作的吸附电极粘合,置于反应器隔室内,倒入硫酸根离子溶液,进行电吸附实验。