CN102267745A - 一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法 - Google Patents
一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102267745A CN102267745A CN 201110223485 CN201110223485A CN102267745A CN 102267745 A CN102267745 A CN 102267745A CN 201110223485 CN201110223485 CN 201110223485 CN 201110223485 A CN201110223485 A CN 201110223485A CN 102267745 A CN102267745 A CN 102267745A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- water
- electrochemical
- polyaniline
- fluorion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
本发明公开了一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法,包括如下步骤:1)制备聚苯胺膜电极;2)通过电化学反应去除氟离子;3)脱附再生使用后的电极。本发明不同于传统的化学吸附,利用聚苯胺独特的电化学特性,通过外加电压可以极大提高聚苯胺对氟离子的吸附能力。本发明氟离子去除能力强,单位质量氟离子去除能力达到20mg/g以上,是一般吸附剂的5-10倍;同时,本发明具有反应仪器结构简单、去除过程操作方便、运行稳定、反应速度快、氟离子去除效果好、电极使用寿命长等特点,还能有效地避免二次污染。
Description
技术领域
本发明属于水污染处理技术领域,具体涉及一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法。
背景技术
氟离子是一种常见的水体污染物。氟是人体维持骨骼和牙齿正常发育必不可少的微量元素之一,但长期饮用含氟量过高的水可能导致氟中毒。我国规定生活饮用水中氟含量应低于1.0mg/L。因此,如何有效地去除水中氟离子是关系到环境和人类健康的重要课题。
目前,国内外除氟的方法主要有沉淀法、电凝聚法、电渗析法、反渗透法、离子交换法等。但这些技术由于存在方法复杂、成本较高或二次污染等问题,限制了其在实际生产中的应用。
发明内容
发明目的:针对上述现有技术存在的方法复杂、成本较高或二次污染等问题,本发明的目的是提供一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法,使氟离子得到高效去除并可浓缩富集。
技术方案:为实现上述发明目的,本发明采用的技术方案为一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法,包括如下步骤:
1)制备聚苯胺膜电极:将两片惰性电级置于含有0.1-0.5mol/L苯胺和0.5-1.0mol/L盐酸的混合溶液中,该两片惰性电极分别作为阴极和阳极,在阴阳两级上加载1.0-3.0V电压,进行10-30分钟的电化学合成,制备负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极;
2)去除氟离子:以步骤1)中负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极作为阳极,另一片电极作为阴极,制备电化学反应器(以下简称反应器),在阴阳两级上加载0.5-2.0V电压,将氟污染水体通过反应器,实现氟离子的高效去除;
3)脱附再生使用后的电极:在所述反应器中的聚苯胺膜吸附氟离子饱和后,向反应器内注入0.5-1.0mol/L的盐酸再生液,将负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极作为阴极,另一片电极作为阳极,在阴阳两级上加载0.8-1.0V电压,利用聚苯胺膜的电化学去掺杂能力,实现电极的高效脱附再生。
采用石墨、铂等性能稳定的材料制作电极,可以有效地避免聚苯胺膜合成以及电极再生过程中酸对电极材料的破坏和腐蚀,而不能采用铁、铜等化学性质较为活泼的金属电极。本方法推荐采用成本相对低廉的石墨电极,从而在保证电极较长的使用寿命和反应器稳定运行的同时有效地控制成本。聚苯胺对氟离子的吸附具有特定的选择性,即聚苯胺膜对水中可能存在的氯离子、硝酸根、硫酸根等共存离子不存在吸附作用,只对氟离子产生吸附去除效果。该方案对氟离子去除的最佳pH值在4-6的范围内,对天然水体也具有良好的去除效果。在电极需要脱附再生时,无需将反应器拆解,只需向反应器中注入脱附液,并改变外加电压方向。脱附液为0.5-1.0mol/L的盐酸溶液,脱附再生液的体积缩小为原处理水量的1/50,实现了氟离子的浓缩富集,同时有效地避免了二次污染。
所述两片惰性电极之间采用绝缘橡胶密封层隔开,并且两电极间距为5-15mm,这样既能保证氟离子的快速去除,又可以提高电流利用效率,降低反应所需能耗。
所述步骤2)中,可以根据实际需要,调整电极面积大小,通过改变流速,在氟离子浓度为10-50mg/L时,氟污染水体通过反应器的时间仅需0.5-1分钟,对氟离子去除速度快。
所述步骤3)中,加载0.8-1.0V电压的时间可为15-30分钟。
有益效果:本发明不同于传统的化学吸附,利用聚苯胺独特的电化学特性,通过外加电压可以极大提高聚苯胺对氟离子的吸附能力。本发明氟离子去除能力强,单位质量氟离子去除能力达到20mg/g以上,是一般吸附剂的5-10倍;同时,本发明具有反应仪器结构简单、去除过程操作方便、运行稳定、反应速度快、氟离子去除效果好、电极使用寿命长等特点,还能有效地避免二次污染。
附图说明
图1为聚苯胺膜电极对水中氟离子电化学吸附-解吸附机理示意图;
图2为聚苯胺膜电极再生前后,反应器对水中氟离子电化学的去除效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
导电高聚物具有质轻、导电性能好、环境稳定性好、易于合成、绿色环保等特点,在新型电池材料、金属防腐、环境净化等诸多领域都有着潜在的应用前景。其中,聚苯胺(PANI)因其具有原料廉价易得、合成方法简单、环境稳定性好以及氧化还原形态完全可逆等特性成为国内外研究者关注的热点材料之一。聚苯胺具有独特的掺杂-去掺杂特性,能够通过外加电场实现水中阴、阳离子污染物与聚合物基体的结合与分离。其具体过程如图1所示:首先,通过电化学聚合作用可以在电极表面简便地合成聚苯胺膜;其次当聚苯胺膜电极作为阳极时,在一定电压下,其对氟离子有特异吸附效果;而当吸附了氟离子的聚苯胺膜作为阴极时,可以通过还原作用使聚苯胺膜脱附再生,达到循环使用的目的。因此,采用聚苯胺膜电极去除水中氟离子的电化学水处理方法具有极大的应用前景。
实施例1:
运行条件及参数:将两片惰性电级置于含有0.1mol/L苯胺和0.5mol/L盐酸的混合溶液中,聚苯胺膜合成时间10分钟,合成电压(即为权利要求1步骤1)中的电压,下同)1.0V,氟离子初始浓度为5mg/L的自来水,处理电压(即为权利要求1步骤2)中的电压,下同)为1.5V,溶液pH=6,停留时间0.5分钟,运行过程中,采用3×5cm2大小的电极,电极间距5mm。
再生条件:再生液为0.5mol/L稀盐酸,再生液用量50ml,将负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极作为阴极,另一片电极作为阳极,在阴阳两级上加载0.8V电压,再生时间15分钟。
效果:可以发现电极第一次使用可以得到900ml的达标水(氟离子浓度小于1.0mg/L),电极再生后可以得到800ml的达标水,也就是说电极具有良好的再生效果,可以多次使用。具体效果见图2。
实施例2:
运行条件及参数:将两片惰性电级置于含有0.1mol/L苯胺和1.0mol/L盐酸的混合溶液中,聚苯胺膜合成时间10分钟,合成电压3.0V,氟离子初始浓度为5mg/L的自来水,处理电压为1.5V,溶液pH=6,停留时间1分钟,运行过程中,采用3×5cm2大小的电极,电极间距15mm。
共存离子:分别为氯离子,硝酸根,硫酸根(浓度均为0.10mol/L)
再生条件:再生液为1.0mol/L稀盐酸,再生液用量50ml,将负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极作为阴极,另一片电极作为阳极,在阴阳两级上加载1.0V电压,再生时间15分钟。
效果:结果表明,本方法对水中氟离子的去除效果基本不受以上三种共存离子的影响,处理所得达标(氟离子浓度小于1.0mg/L)水量以及单位质量聚苯胺除氟量均较为接近,并且氯离子、硫酸根、硝酸根的浓度没有发生明显变化。具体效果见表1。
表1 共存离子对处理效果的影响
实施例3:
运行条件及参数:将两片惰性电级置于含有0.5mol/L苯胺和0.5mol/L盐酸的混合溶液中,聚苯胺膜合成时间分别为5、10、20、30分钟,合成电压1.0V,氟离子初始浓度为5mg/L的自来水,处理电压为1.5V,溶液pH=6,停留时间1分钟,运行过程中,采用3×5cm2大小的电极,电极间距15mm。
效果:可以发现,聚苯胺膜合成时间5分钟时处理效果较差,合成时间10-30分钟时处理效果相近,考虑到节约时间及减少成本等因素,建议采用合成时间10分钟。具体效果见表2。
表2 聚苯胺膜合成时间对处理效果的影响
实施例4:
运行条件及参数:将两片惰性电级置于含有0.5mol/L苯胺和1.0mol/L盐酸的混合溶液中,聚苯胺膜合成时间10分钟,合成电压1.0V,氟离子初始浓度为5mg/L的自来水,处理电压分别为0.5、1.0、1.5、2.0V,溶液pH=6,停留时间1分钟,运行过程中,采用3×5cm2大小的电极,电极间距5mm。
效果:可以发现,处理电压在0.5-2.0V范围内,处理效果线增加后减少,其中处理电压为1.5V时处理效果最好,建议采用处理电压1.5V。具体效果见表3。
表3 处理电压对处理效果的影响
实施例5:
运行条件及参数:将两片惰性电级置于含有0.3mol/L苯胺和0.7mol/L盐酸的混合溶液中,聚苯胺膜合成时间10分钟,合成电压1.0V,氟离子初始浓度分别为5、10、20、50mg/L的自来水,处理电压为1.5V,溶液pH=6,停留时间1分钟,运行过程中,采用3×5cm2大小的电极。
效果:可以发现,氟离子初始浓度为5-50mg/L范围内,本方法均有较好的氟离子去除效果。具体效果见表4。
表4 不同氟离子初始浓度条件下的处理效果
Claims (5)
1.一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)制备聚苯胺膜电极:将两片惰性电级置于含有0.1-0.5mol/L苯胺和0.5-1.0mol/L盐酸的混合溶液中,该两片惰性电极分别作为阴极和阳极,在阴阳两极上加载1.0-3.0V正电压,进行5-30分钟的电化学合成,制备负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极;
2)去除氟离子:以步骤1)中负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极作为阳极,另一片电极作为阴极,制备电化学反应器,在阴阳两级上加载0.5-2.0V电压,将氟污染水体通过电化学反应器;
3)脱附再生使用后的电极:在所述电化学反应器中的聚苯胺膜吸附氟离子饱和后,向电化学反应器内注入0.5-1.0mol/L的盐酸再生液,将负载盐酸掺杂聚苯胺膜的电极作为阴极,另一片电极作为阳极,在阴阳两级上加载0.8-1.0V电压。
2.根据权利要求1所述一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法,其特征在于,所述两片惰性电极均为石墨电极。
3.根据权利要求1所述一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法,其特征在于,所述两片惰性电极之间采用绝缘橡胶密封层隔开,并且两电极间距为5-15mm。
4.根据权利要求1所述一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法,其特征在于,所述步骤2)中,氟污染水体通过电化学反应器的时间为0.5-1分钟。
5.根据权利要求1所述一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法,其特征在于,所述步骤3)中,加载0.8-1.0V电压的时间为15-30分钟。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110223485.7A CN102267745B (zh) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | 一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110223485.7A CN102267745B (zh) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | 一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102267745A true CN102267745A (zh) | 2011-12-07 |
CN102267745B CN102267745B (zh) | 2013-01-23 |
Family
ID=45050229
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201110223485.7A Expired - Fee Related CN102267745B (zh) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | 一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102267745B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102583664A (zh) * | 2012-03-09 | 2012-07-18 | 太原理工大学 | 一种回收稀溶液中金属离子的电控离子交换工艺 |
CN104085964A (zh) * | 2014-07-07 | 2014-10-08 | 常州大学 | 一种采用聚苯胺/凹凸棒土纸电极去除水中铅离子的电化学处理方法 |
CN110357220A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-10-22 | 太原理工大学 | 一种电化学耦合去除脱硫废水中氯离子的方法及装置 |
CN110642335A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-03 | 南昌航空大学 | 一种对白钨矿选矿废水中钨酸根的回收吸附方法 |
CN110818038A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-02-21 | 西安建筑科技大学 | 一种电容去离子技术处理钛或钛合金酸洗废液的方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1046724A (zh) * | 1989-04-28 | 1990-11-07 | 乌克兰水工程设备研究所 | 清除水中含氟杂质的电解槽 |
CN2758244Y (zh) * | 2004-12-14 | 2006-02-15 | 张千杰 | 除氟除砷净水器 |
CN101386433A (zh) * | 2008-11-05 | 2009-03-18 | 中国科学院生态环境研究中心 | 同时去除水中砷和氟污染物的电化学反应器及方法 |
CN101913683A (zh) * | 2010-06-23 | 2010-12-15 | 清华大学 | 一种提高选择性除氟效能的电极负载的制备方法 |
-
2011
- 2011-08-05 CN CN201110223485.7A patent/CN102267745B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1046724A (zh) * | 1989-04-28 | 1990-11-07 | 乌克兰水工程设备研究所 | 清除水中含氟杂质的电解槽 |
CN2758244Y (zh) * | 2004-12-14 | 2006-02-15 | 张千杰 | 除氟除砷净水器 |
CN101386433A (zh) * | 2008-11-05 | 2009-03-18 | 中国科学院生态环境研究中心 | 同时去除水中砷和氟污染物的电化学反应器及方法 |
CN101913683A (zh) * | 2010-06-23 | 2010-12-15 | 清华大学 | 一种提高选择性除氟效能的电极负载的制备方法 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102583664A (zh) * | 2012-03-09 | 2012-07-18 | 太原理工大学 | 一种回收稀溶液中金属离子的电控离子交换工艺 |
CN102583664B (zh) * | 2012-03-09 | 2013-06-12 | 太原理工大学 | 一种回收稀溶液中金属离子的电控离子交换工艺 |
CN104085964A (zh) * | 2014-07-07 | 2014-10-08 | 常州大学 | 一种采用聚苯胺/凹凸棒土纸电极去除水中铅离子的电化学处理方法 |
CN110357220A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-10-22 | 太原理工大学 | 一种电化学耦合去除脱硫废水中氯离子的方法及装置 |
CN110357220B (zh) * | 2019-07-01 | 2021-12-03 | 太原理工大学 | 一种电化学耦合去除脱硫废水中氯离子的方法及装置 |
CN110642335A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-03 | 南昌航空大学 | 一种对白钨矿选矿废水中钨酸根的回收吸附方法 |
CN110642335B (zh) * | 2019-09-29 | 2021-12-07 | 南昌航空大学 | 一种对白钨矿选矿废水中钨酸根的回收吸附方法 |
CN110818038A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-02-21 | 西安建筑科技大学 | 一种电容去离子技术处理钛或钛合金酸洗废液的方法 |
CN110818038B (zh) * | 2019-11-28 | 2022-04-15 | 西安建筑科技大学 | 一种电容去离子技术处理钛或钛合金酸洗废液的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102267745B (zh) | 2013-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103739043B (zh) | 一种光催化三维电极/电芬顿体系的粒子电极及制备方法 | |
CN102267745B (zh) | 一种采用聚苯胺电极去除水中氟离子的电化学水处理方法 | |
CN103936116B (zh) | 一种用于电吸附水中重金属离子的二氧化锰/碳复合电极及电吸附方法 | |
CN102020342B (zh) | 一种复三维电极反应器及其在含氮有机废水处理中的应用 | |
CN107585835B (zh) | 基于离子交换树脂的强化微量离子捕集的fcdi装置及应用 | |
CN109607711A (zh) | 一种杂化电容去离子脱盐模块及脱盐方法 | |
You et al. | Regeneration of activated carbon adsorbed EDTA by electrochemical method | |
CN201746366U (zh) | 以太阳电池发电为主的有自发电装置的饮用水净化机 | |
CN204039212U (zh) | 一种水处理模块化设备 | |
CN113441142B (zh) | 一种富含氧空位的石墨烯负载多孔纳米氧化铁电催化剂的制备方法及应用 | |
CN107546038B (zh) | 一种浓差电容器 | |
CN109574161A (zh) | 一种MnO2复合多孔炭材料电极及其在电容去离子脱盐中的应用 | |
CN101538077A (zh) | 一种三维电极反应器用粒子电极的电解活化方法 | |
CN101862646A (zh) | 一种氨吸附剂再生与再生液无害化处理的方法及装置 | |
CN113213598A (zh) | Ti-MXene衍生磷酸钛钠/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 | |
CN113184964A (zh) | 一种普鲁士蓝类似物/钛三碳二复合材料及其制备方法和应用 | |
CN103755004A (zh) | 负载零价复合金属的强酸性树脂复合材料、其制法和应用 | |
CN105214476A (zh) | 固定废气中二氧化碳生成有机物产品同时处理污水的微生物电化学反应器及方法 | |
CN202808447U (zh) | 一种电吸附模块改性系统 | |
CN111924987B (zh) | 一种硬水中选择性吸附钙离子的方法以及CuHCF的应用 | |
KR100460225B1 (ko) | 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 대용량 전기흡탈착식물 정화장치 및 방법 | |
CN212222679U (zh) | 一种基于流动电极的废水资源化处理系统 | |
CN203683269U (zh) | 高效去除铅蓄电池废水中痕量重金属离子的装置 | |
CN202808515U (zh) | 一种磷化废水制纯水的装置 | |
CN106694060B (zh) | 一种快速实现铵离子筛再生的氧化还原方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130123 Termination date: 20140805 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |