CN102583628A - 一种活性炭纤维毡去除水中三聚氰酸及电脱附再生的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种活性炭纤维毡吸附去除游泳池废水中的三聚氰酸并通过电脱附再生活性炭纤维毡实现循环利用的方法，其技术方案如下：步骤一、将活性炭纤维毡置入一系列不同盐浓度、不同pH环境条件的模拟游泳池废水的三聚氰酸溶液中，在恒温及匀速搅拌条件下达到吸附平衡；步骤二、将吸附使用后的活性炭纤维毡包裹在纯钛片作为阴极，选择相同尺寸的纯钛片作为阳极，将阴阳极同时置入具有一定电解质浓度的清水中，通电，恒温恒电流条件下达到电脱附平衡，对活性炭纤维毡进行循环再生利用及对泳池废水中的三聚氰酸进行富集回收，并脱附至新鲜水中作为泳池水的补给。本发明方法工艺流程简单、收益大、节省能耗、效率高适于工业化生产。

Description

一种活性炭纤维毡去除水中三聚氰酸及电脱附再生的方法
技术领域
本发明方法涉及废水中三聚氰酸的去除以及活性炭纤维毡再生的技术领域，具体涉及一种利用活性炭纤维毡吸附去除泳池废水中的三聚氰酸并通过电脱附对活性炭纤维毡再生实现循环使用的方法。
背景技术
三聚氰酸是一种三嗪类含氮杂环化合物，三聚氰酸和三氯异氰尿酸还是食品防腐剂、漂白剂、农药、除草剂、消毒剂以及氯稳定剂的原料。三聚氰酸常与氯类消毒剂共用于游泳池消毒，以减缓起消毒作用的氯气被阳光分解的速度。而且三聚氰胺与三聚氰酸同时摄入体内，二者依靠分子结构上的氢氧基与氨基之间形成水合键而相互连接，这种连接可以反复进行，形成一个网格结构，最终形成不溶于水的大分子复合物，并沉积下来，形成结石。对人体健康和生物环境危害极大，属处理难度较大的化合物。目前主要用氧化法、电解法、离子交换吸附等方法对三聚氰酸废水进行处理，这些方法存在着处理效率低，成本高、操作复杂、处理剂不能循环利用、造成二次污染等缺点，难以在实际废水处理中进行广泛应用。
活性炭纤维毡是继粉状和粒状活性炭之后在碳纤维和活性炭结合的基础上发展起来的第三代新型、高效、多功能的纤维状吸附材料，一般是用天然纤维或人造有机化学纤维经过碳化、活化处理而制成，其主要成分由碳原子以类似石墨微晶片、乳层堆叠的形式存在，由于表面分布大量狭窄而均匀的微孔且比表面积巨大，对有机物的吸附具有大的吸附容量和很高的吸附效率；另外其脱附速度快，再生比较容易；并有很好的耐热、耐酸碱、良好的导电性和化学稳定性等特点；目前已被广泛应用于国防、环境保护、化学工艺、医疗卫生、电化学等领域并已实现工业化生产。
吸附指物质(主要是固体物质)表面吸住周围介质(液体或气体)中的分子或离子现象。吸附属于一种传质过程，物质内部的分子和周围分子有互相吸引的引力，但物质表面的分子，其中相对物质外部的作用力没有充分发挥，所以液体或固体物质的表面可以吸附其他的液体或气体，尤其是表面面积很大的情况下，这种吸附力能产生很大的作用，所以工业上经常利用大表面积的物质进行吸附，利用吸附剂去除废水中的难处理的物质，是一种十分高效、环保、节能的方法，也是近年来的研究热点。
电脱附主要是指在直流电场的作用下，吸附剂表面吸附的物质因电泳力的作用脱附下来，使吸附剂能活化再生，达到循环利用的目的，是目前正在研究的新型再生技术。该方法操作方便且效率高、能耗低，其处理对象所受局限性较小，处理工艺完善，可以避免二次污染。
现有技术中从未有过利用活性炭纤维毡吸附去除水中三聚氰酸并通过电脱附对活性炭纤维毡进行再生循环利用的报道，目前利用活性炭纤维毡吸附去除法是对三聚氰酸处理最为环保，成本最低，去除率较高，最有利于工业化的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中未解决的问题，提供了一种工艺流程简单、收益大、能耗低、效率高的利用活性炭纤维毡吸附去除游泳池废水中的三聚氰酸并通过电脱附再生活性炭纤维毡实现循环利用的方法，其技术方案如下：
步骤一、将活性炭纤维毡置入游泳池废水中，在恒温25℃及匀速搅拌条件下进行吸附；
步骤二、将吸附使用后的活性炭纤维毡取出，包裹在纯钛片上作为阴极，选择相同尺寸的纯钛片作为阳极，然后将阴、阳极同时置入具有一定电解质浓度的清水中，通电，恒温25℃恒电流40mA条件下进行电脱附，即可实现活性炭纤维毡的再生；并且还可以实现对游泳池废水中三聚氰酸的富集回收，三聚氰酸脱附至清水中后可以作为泳池水的补给。
所述游泳池废水的pH值为6.0-8.0，最佳pH值为7.0。
所述游泳池废水中的NaCl浓度为0.0-0.1mol/L，优选浓度为0.0-0.05mol/L，最佳浓度为0.0mol/L。
所述步骤二中的电解质为NaCl，其浓度为0.05-0.1mol/L，最佳浓度为0.05mol/L。
所述的吸附时间为3-5h，最佳时间为4h。
所述的电脱附时间为5-30min，优选为5-20min，最佳为15min。
与现有技术相比，本发明方法的优点和有益效果如下：
1、活性炭纤维毡对三聚氰酸的处理效果较好，较其他现有方法而言，效率高，成本低，适合于工业化；
2、吸附富集和电脱附不会破坏三聚氰酸的结构，因此在活性炭纤维毡电脱附再生的过程中，被吸附的三聚氰酸可以通过脱附至洁净的水中，回收利用作为新鲜泳池水的补给。
3、整个工艺操作过程简单易行，成本较低，效率高，时间短，能实现资源的回收利用，收益大。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明方法做进一步的详细说明，应理解，以下实施例不以任何方式对本发明的保护范围造成限制。
由于实际泳池废水中三聚氰酸浓度约为500±50mg/L，pH约为6.0-8.0；盐浓度约为0.0-0.1mol/L，以下实施例1-19中所用的三聚氰酸泳池废水均为模拟废水，水溶液中的盐分及所述的电解质用NaCl代替，三聚氰酸由国药集团化学试剂有限公司生产。
实施例1：
配置浓度为500mg/L、NaCl浓度为0.0mol/L、pH＝7.0的三聚氰酸溶液200mL，置入尺寸为3cm×6cm的活性炭纤维毡(购自山东雪圣科技股份有限公司，比表面积为2500cm2/g，以下实施例同)，在恒温25℃，匀速搅拌条件下吸附4h后，将吸附使用后的活性炭纤维毡裹在尺寸为3cm×3cm的纯钛片上作为阴极，尺寸为3cm×3cm的纯钛片作为阳极，将阴、阳极同时置入200mL含有0.05mol/L NaCl的清水(二次蒸馏水)中，通电，在恒温25℃，恒电流40mA的条件下，脱附20min。
去除率及脱附率的测定：采用日立L-7000型高效液相色谱仪检测吸附和脱附体系中三聚氰酸的初始浓度、吸附后的浓度和脱附前的浓度、脱附后的浓度，以计算本发明方法的吸附去除率(活性炭纤维毡吸附去除的三聚氰酸的量占反应体系中三聚氰酸总量的百分比)和脱附率(电脱附脱去的三聚氰酸的量占脱附前活性碳纤维毡上所吸附的三聚氰酸总量的百分比)。首先称取一定量三聚氰酸，以二次蒸馏水作为溶剂，分别配置一系列浓度的三聚氰酸标准溶液，用HPLC进行测定，以峰面积对浓度作标准曲线，根据标准曲线确定待测溶液的浓度，由浓度变化显示对三聚氰酸的吸附效果。
最终测得活性炭纤维毡对三聚氰酸的吸附去除率为76.2％，电脱附对活性炭纤维毡上的三聚氰酸的脱附率为92.8％。
以下实施例中检测方法和计算方法与实施例1相同。
实施例2-7
实施例2-7中的三聚氰酸水溶液体系的体积均为200mL，浓度均为500mg/L，pH＝6.0，吸附反应的部分其他条件和结果列于表1，脱附反应的条件和结果列于表4，其余未做说明的吸附和脱附操作条件均同实施例1。
表1
Figure BDA0000139180020000041
实施例8-13
实施例8-13中的三聚氰酸水溶液体系的体积均为200mL，浓度均为500mg/L，pH＝7.0，吸附反应的部分其他条件和结果列于表2，脱附反应的条件和结果列于表4，其余未做说明的吸附和脱附操作条件均同实施例1。
表2
Figure BDA0000139180020000042
实施例14-19
实施例14-19中的三聚氰酸水溶液体系的体积均为200mL，浓度均为500mg/L，pH＝8.0，吸附反应的部分其他条件和结果列于表3，脱附反应的条件和结果列于表4，其余未做说明的吸附和脱附操作条件均同实施例1。
表3
Figure BDA0000139180020000051
表4
Figure BDA0000139180020000052
实施例20
实施例20中的含三聚氰酸溶液的泳池废水取自中南民族大学游泳馆，经过滤澄清后，取200mL溶液，精密测得其三聚氰酸浓度为550mg/L，pH＝6.8，盐(Cl-)浓度为0.02mol/L，将尺寸为3cm×6cm的活性炭纤维毡置入所取的废水中，恒温25℃，吸附4h，测得其吸附去除率为76.3％；取出吸附后的活性炭纤维毡包裹在尺寸为3cm×3cm纯钛片上作为阴极，相同尺寸的纯钛片作为阳极，置入200mL含0.05mol/LNaCl的清水中，通电，恒温25℃，恒电流40mA的条件下，电脱附15min，测得其脱附率为92.5％。
用再生后的活性炭纤维毡做同上的吸附和电脱附实验，得第二次使用时的吸附去除率为73.7％；
用第二次再生后的活性炭纤维毡做同上的吸附和电脱附实验，得第三次使用时的吸附去除率为63.5％；
用第三次再生后的活性炭纤维毡做同上的吸附和电脱附实验，得第四次使用时的吸附去除率为53.1％。
以上实验结果说明活性炭纤维毡在处理实际含三聚氰酸的游泳池废水时显示出了良好的吸附和电脱附再生性能。

Claims (8)

1.一种利用活性炭纤维毡吸附去除游泳池废水中的三聚氰酸并通过电脱附再生活性炭纤维毡实现循环利用的方法，其步骤如下：
步骤一、将活性炭纤维毡置入游泳池废水中，在恒温25oC及匀速搅拌条件下进行吸附；   
步骤二、将吸附使用后的活性炭纤维毡取出，包裹在纯钛片上作为阴极，选择相同尺寸的纯钛片作为阳极，然后将阴、阳极同时置入具有一定电解质浓度的清水中，通电，恒温25oC恒电流40mA条件下进行电脱附，即可实现活性炭纤维毡的再生；
所述游泳池废水的pH值为6.0-8.0；
所述游泳池废水中的NaCl浓度为0.0-0.1mol/L；
所述步骤二中的电解质为NaCl，其浓度为0.05-0.1mol/L；
所述的吸附时间为3-5h，所述的电脱附时间为5-30min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述游泳池废水的pH值为7.0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述游泳池废水中的NaCl浓度为0.0-0.05mol/L。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述游泳池废水中的NaCl浓度为0.0mol/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤二中的电解质NaCl的浓度为0.05mol/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的吸附时间为4h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的电脱附时间为5-20min。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的电脱附时间为15min。
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