CN115010216A - 利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法 - Google Patents
利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115010216A CN115010216A CN202210326346.5A CN202210326346A CN115010216A CN 115010216 A CN115010216 A CN 115010216A CN 202210326346 A CN202210326346 A CN 202210326346A CN 115010216 A CN115010216 A CN 115010216A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- feal
- metal hydroxide
- graphite felt
- bromate
- layered metal
- 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
- SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-M bromate Inorganic materials [O-]Br(=O)=O SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims abstract description 164
- SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-N bromic acid Chemical compound OBr(=O)=O SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 164
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 139
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 129
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 121
- -1 metal hydroxide modified graphite Chemical class 0.000 title claims abstract description 114
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 82
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 38
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 32
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 71
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 70
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 31
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 31
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 22
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 10
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 8
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 claims description 4
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 4
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L iron(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 28
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 15
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 11
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 11
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 5
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 5
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 229910002548 FeFe Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- GDVKFRBCXAPAQJ-UHFFFAOYSA-A dialuminum;hexamagnesium;carbonate;hexadecahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Al+3].[Al+3].[O-]C([O-])=O GDVKFRBCXAPAQJ-UHFFFAOYSA-A 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 229960001545 hydrotalcite Drugs 0.000 description 2
- 229910001701 hydrotalcite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- 229910018516 Al—O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018512 Al—OH Inorganic materials 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017135 Fe—O Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- GRTOGORTSDXSFK-XJTZBENFSA-N ajmalicine Chemical compound C1=CC=C2C(CCN3C[C@@H]4[C@H](C)OC=C([C@H]4C[C@H]33)C(=O)OC)=C3NC2=C1 GRTOGORTSDXSFK-XJTZBENFSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 description 1
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000012824 chemical production Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012844 infrared spectroscopy analysis Methods 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 210000003292 kidney cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 230000004614 tumor growth Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
- C02F1/4676—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electroreduction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/12—Halogens or halogen-containing compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，以FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理，其中电极是以石墨毡电极为载体，表面修饰有FeAl层状金属氢氧化物。本发明方法，通过利用FeAl层状金属氢氧化物的电化学还原作用和吸附作用，不仅能够将溴酸盐还原成溴离子，实现对水体中溴酸盐的有效去除，同时还能吸附水体中的溴离子，防止溴离子被再次氧化成溴酸盐，由此实现对水体中溴酸盐和溴离子的同时去除，具有操作简单、处理成本低、处理效率高、去除效果好、重复利用性好等优点，使用价值高，应用前景好，对于实现水体中溴酸盐的彻底去除具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除水体中溴酸盐的方法，具体涉及一种利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法。
背景技术
研究表明，自然水体中通常会存在一定量的溴离子，溴离子本身是无毒的，在淡水中的溴离子浓度从几个μg/L到几个mg/L不等，在海水中的量大约能够达到67mg/L。自然水体中的溴离子可能来源于自然界中海水的入侵以及沉积岩的溶解，或者是人为的化工生产或者煤矿、钾矿等的开发。如果水中溴离子浓度大于111ug/L，经过臭氧氧化后水中溴酸盐水平会严重超标。溴酸盐，作为高级氧化技术应用产生的消毒副产物，会导致小鼠肾脏细胞长出肿瘤，已经被定义为2B级的潜在基因致癌物。同时，溴酸盐在饮用水中允许存在的最大浓度为11ug/L。因此，急需找到合适的方式以有效去除废水中的溴酸盐，这是非常有必要的。
目前，去除废水中溴酸盐的方法主要有：物理以及电学技术、生物技术、活性炭技术、化学技术。相比其他技术，电化学还原有着清洁技术之称，能够在不产生其他污染物质的情况下将溴酸盐还原为溴离子，在去除水体中的溴酸盐污染物的研究中得到了越来越多的应用。在电化学还原技术中能够在阴极实现材料的循环使用，避免电极过早失效，同时，作为清洁能源的电子能够不断还原污染物，避免的氢气的储存、转运的安全风险。但是电化学还原技术对电极材料要求较高，常用的贵金属电极造价过高，不经济，而非贵金属零价铁等电极材料不稳定，很难多次使用。因此，电极材料需要在经济的前提下能够多次处理污染物，同时对电极材料的稳定性也有一定的要求，否则大量电极材料进入环境中可能造成潜在的危害。
目前，利用电化学还原技术处理溴酸盐的方法存在下列问题：
(1)处理溴酸盐的修饰电极制备价格较高，实际生产无法承担，同时也有一些电极稳定性较差，保存条件苛刻。
(2)去除水体中溴酸盐时很少考虑溴离子的去除，而溴离子的存在可能会在后面处理过程中再次氧化导致溴酸盐的产生。
(3)现有电极材料中，由于不能吸附溴离子或不能将溴离子转化成溴的络合物，因而并不能同时去除溴酸盐和溴离子，从而难以防止溴离子被再次氧化成溴酸盐的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、处理成本低、处理效率高、去除效果好、重复适用性好的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，以FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理；所述FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极是以石墨毡电极为载体，所述石墨毡电极表面修饰有FeAl层状金属氢氧化物；所述FeAl层状金属氢氧化物是包含铁氢氧化物和铝氢氧化物的团聚物。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，所述FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极由以下方法制得：将含Fe2+、Al3+的混合液与石墨毡电极混合进行水热反应，得到FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，所述含Fe2+、Al3+的混合液由亚铁盐、铝盐、NH4F和CO(NH2)2溶解于水中制备得到；所述含Fe2+、Al3+的混合液中Fe2+的浓度为25mmol/L；所述含Fe2+、Al3+的混合液中Al3+的浓度为6.25mmol/L；所述亚铁盐为FeSO4·7H2O；所述铝盐为Al2(SO4)3·18H2O。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，所述石墨毡电极在使用之前还包括以下预处理：先后使用超纯水、丙酮、乙醇、超纯水对石墨毡电极进行超声清洗；所述石墨毡电极的长宽厚度尺寸为2cm×2cm×3mm。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，所述水热反应的温度为121℃；所述水热反应的时间为24h。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，以FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理时，包括以下步骤：将溴酸盐水体加入到由FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极的反应体系中进行电化学还原反应，完成对水体中溴酸盐和溴离子的去除。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，所述电化学还原反应过程中控制反应体系中溶解氧的初始浓度≤8mg/L；所述电化学还原反应过程中控制反应体系中电流强度＞5mA。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，所述电化学还原反应过程中控制反应体系中溶解氧的初始浓度≤5mg/L；所述电化学还原反应过程中控制反应体系中电流强度为8mA～15mA。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，所述电化学还原反应过程中控制反应体系中溴酸盐的初始浓度≤31.2μM/L；所述电化学还原反应过程中控制反应体系的初始pH值≥3。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，所述电化学还原反应过程中控制反应体系中溴酸盐的初始浓度≤12.47μM/L；所述电化学还原反应过程中控制反应体系的初始pH值≥5.6。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，所述由FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极的反应体系中还包括阳极，所述阳极与阴极的极板间距为5cm；所述阳极为Pt电极。
上述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，进一步改进的，所述电化学还原反应过程中还包括往反应体系中加入电解质溶液；所述电解质溶液为硫酸钠溶液；所述硫酸钠溶液的浓度为51mM；所述电化学还原反应在搅拌条件下进行；所述电化学还原反应的时间≥71min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)针对现有利用电化学还原技术以及现有电极材料不能同时去除溴酸盐和溴离子的缺陷，本发明创造性的提出了一种利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，以FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理，在电化学还原反应过程中，石墨毡电极上修饰的以FeAl层状金属氢氧化物即是还原剂也是吸附剂，通过利用FeAl层状金属氢氧化物的电化学还原作用将水体中的溴酸盐还原成溴离子，实现对水体中溴酸盐的有效去除，进而利用FeAl层状金属氢氧化物的吸附作用吸附水体中的溴离子，防止溴离子被再次氧化成溴酸盐，由此实现对水体中溴酸盐和溴离子的同时去除。另外，本发明中，采用的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极具有更加稳定的化学性能，能够长时间保存，能够在空气中有效保存31天以上。目前，常规的FeFe层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极主要作为电芬顿电极催化剂用于氧化有机污染物，通过在曝气环境下，利用氧气产生羟基自由基来破坏有机污染物，然而，这样的处理方式并不适用于去除水体中的溴酸盐，而且该FeFe层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极中二价铁和三价铁之间极易转化，而且极易被氧化，难以长时间保留在空气中。此外，本发明中，采用的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极具有优良的电化学性能，避免了在反应过程中电极溶解导致的Fe2+残留问题，有利于减少二次污染。本发明利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，具有操作简单、处理成本低、处理效率高、去除效果好、重复利用性好等优点，使用价值高，应用前景好，对于实现水体中溴酸盐的彻底去除具有重要意义。
(2)本发明中，采用的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极的制备方法简单，材料便宜且易得，保存方便且稳定，适合大规模生产，具有广阔的应用前景。
(3)本发明中，电化学还原反应过程中控制反应体系中溶解氧的初始浓度≤8mg/L，在低氧环境下进行电化学反应，保持FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极中二价铁的还原性，能够有效抑制电芬顿反应，从而能够有效避免溴离子被再次氧化成溴酸盐，更有利于提高对溴酸盐的去除率和处理效率。特别的，当电化学还原反应过程中控制反应体系中溶解氧的初始浓度≤5mg/L时，能在75min内实现对水体中溴酸盐的完全去除，处理效率高、去除效果好。
(4)本发明中，通过控制电化学还原反应过程中反应体系中电流强度＞5mA，能在更短的时间更好好的去除溴酸盐污染物。特别的，当电化学还原反应过程中控制反应体系中电流强度为8mA～15mA时，能够更加快速、彻底的去除水体中的溴酸盐。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例1中未经修饰的石墨毡电极的SEM图。
图2为本发明实施例1中制得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极的SEM图。
图3为本发明实施例1中制得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极(FeIIAlIII-LDH/CF)、FeAl层状金属氢氧化物(FeIIAlIII-LDH)的XRD图。
图4为本发明实施例1中制得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极(FeIIAlIII-LDH/CF)、石墨毡电极(CF)的傅里叶红外光谱图。
图5为本发明实施例1中制得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极(FeIIAlIII-LDH/CF)的X射线能谱图。
图6为本发明实施例1中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极在不同外加电流强度条件下对水体中溴酸盐的去除效果图。
图7为本发明实施例2中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极在不同溶解氧浓度条件下对水体中溴酸盐的去除效果图。
图8为本发明实施例3中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极在不同pH值条件下对水体中溴酸盐的去除效果图。
图9为本发明实施例4中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极对不同初始浓度水体中溴酸盐的去除效果图。
图10为本发明实施例4中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极对水体中溴酸盐和溴离子的去除效果对比图。
图11为本发明实施例5中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极对溴酸盐水体的循环去除效果图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中，若无特别说明，所采用的原料和仪器均为市售，所采用工艺为常规工艺，所采用设备为常规设备。
实施例1
一种利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，具体为：以 FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理，包括以下步骤：
步骤a：将长宽厚度尺寸为2m×2cm×3mm的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极 (FeIIAlIII层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极)作为阴极，将规格为4cm2的Pt电极作为阳极，极板间距设置为5cm，置于高为9cm、体积为311mL的圆柱形有机玻璃反应槽中，加入浓度为51mM的Na2S14溶液作为电解质溶液，构建处理溴酸盐水体的电化学还原反应体系。
步骤b：往步骤a构建的电化学还原反应体系中，加入3mL、浓度为122μmol/L的溴酸盐溶液(此时体系中溴酸盐的初始浓度为1.22μM/L)，使用1.1mol/L的NaOH溶液和/或1.1mol/L的H2SO4溶液调节反应体系的初始pH值为5.6，同时通入氮气控制反应体系中溶解氧的初始浓度为2mg/L。
步骤c：将阳极和阴极分别使用导线与电源的正、负极相连，依次设置电流强度为5mA、 11mA、21mA，分别在搅拌条件下进行电化学还原反应91min，完成对对水体中溴酸盐和溴离子的去除。
本实施中，采用的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极是以石墨毡电极为载体，石墨毡电极表面修饰有FeAl层状金属氢氧化物，FeAl层状金属氢氧化物是包含铁氢氧化物和铝氢氧化物的团聚物。
本实施中，采用的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极由以下方法制得，包括以下步骤：
步骤1：称取FeSO4·7H2O、Al2(SO4)3·18H2O、NH4F和CO(NH2)2，在室温下溶解于超纯水中，配制成混合溶液。该混合溶液中，FeSO4·7H2O的浓度为25mmol/L，Al2(SO4)3·18H2O的浓度为6.25mmol/L，NH4F的浓度为125mmol/L，CO(NH2)2的浓度为1.5mol/L。
步骤2、将石墨毡电极(规格为2cm×2cm×3mm)置于浓硝酸中浸泡处理4小时，按照先后顺序分别使用超纯水、丙酮、乙醇、超纯水对石墨毡电极进行超声水浴(超声功率为241W，超声频率为41KHz，每次超声清洗时间为15min)。
步骤3：将步骤2处理之后的电极转移至步骤1配制成的混合溶液中，置于水热反应釜中，加热至121℃进行水热反应24小时，反应完成后将合成的电极使用超纯水超声冲洗多次，将冲洗后的电极在鼓风干燥箱中61℃下烘干，得到FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极。
本实施中，采用的FeSO4·7H2O，Al2(SO4)3·18H2O，NH4F和CO(NH2)2，浓硝酸、丙酮和乙醇为分析纯。
通过测算反应前后电极的质量之差计算负载材料的质量，结果表明：FeAl层状金属氢氧化物在石墨毡电极上的平均负载量为1.5±1.12mg/cm2。
对未经修饰的石墨毡电极以及FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极分别进行扫描电子显微镜观察，如图1、图2所示。图1为本发明实施例1中未经修饰的石墨毡电极的SEM 图。图2为本发明实施例1中制得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极的SEM图。从图1中可知，未经修饰的石墨毡电极表面比较光滑、干净，而在图2可以清楚地观察到：本发明实施例1中制得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极表面附着了大量不规则的团聚物，这些团聚物质就是FeAl层状金属氢氧化物(FeIIAlIII层状金属氢氧化物)，表明FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极已经成功制备。
图3为本发明实施例1中制得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极(FeIIAlIII-LDH/CF)、FeAl层状金属氢氧化物(FeIIAlIII-LDH)的XRD图。从图3可知，经过FeAl层状金属氢氧化物(FeIIAlIII层状金属氢氧化物)修饰的石墨毡在11°附近显示了水滑石特有的强峰，其他锋面不明显与石墨毡强大的碳峰有关。通过相同方法合出的FeIIAlIII粉末(FeAl层状金属氢氧化物)则呈现出了明显的11.7°，23.5°，34.3°层状结构，表明FeAl 层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极已经成功制备。
为了进一步了解FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极表面化合物的官能团组成，对 FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极进行了傅里叶红外光谱分析，如图4所示。图4为本发明实施例1中制得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极(FeIIAlIII-LDH/CF)、石墨毡电极(CF)的傅里叶红外光谱图。由图4可知，石墨毡(CF)的傅立叶红外光谱显示了一个吸收峰，大约在3451cm-1，对应于O-H键的拉伸振动，而其他地方没有观察到明显的吸收峰。从修饰的石墨毡的FT-IR光谱中，发现在2511-3511cm-1之间有一个明显的羟基拉伸区域。在较低的波长区域(651-761cm-1)观察到的波带与水滑石中的Fe-OH、Al-OH、Fe-O和Al-O 的拉伸振动有关。傅里叶红外光谱的结果也证实了FeAl层状金属氢氧化物(FeIIAlIII层状金属氢氧化物)在石墨毡上的成功负载。
图5为本发明实施例1中制得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极(FeIIAlIII-LDH/CF)的X射线能谱图。由图5可知，在对Fe 2p轨道进行分析时，发现主要是725eV(Fe 2p 1/2)和711eV(Fe 2p3/2)两个位置的峰，说明Fe主要以Fe(II)和Fe(III)两种价态存在，Al元素的存在，同时证明了FeIIAlIII层状金属氢氧化物的存在，说明FeIIAlIII层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极已经成功制备。
本实施例中，在反应过程的设定时间连续取样，样品用1.45μm水系微孔滤膜过滤，用离子色谱测定电还原后的剩余溴酸盐浓度，计算得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极在不同外加电流强度条件下对水体中溴酸盐的去除效果，结果如图6所示。
图6为本发明实施例1中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极在不同外加电流强度条件下对水体中溴酸盐的去除效果图。由图6可知，本发明中通过控制电化学还原反应过程中反应体系中电流强度＞5mA，能够在规定时间能实现对溴酸盐污染物的有效去除，其中当外加电流强度为11mA，能在75min内实现对溴酸盐污染物的完全去除，同时当外加电流强度为21mA时，也能实现对水体中溴酸盐污染物的有效去除，但是相较于外加电流强度为11mA 时，当外加电流强度为21mA时的去除率有所下降，这可能是由于外加电流前度过高时，析氢副反应产生的气泡阻止的反应的发生。因此，通过控制电化学还原反应过程中反应体系的电流强度为8mA～15mA，更有利于实现对水体中溴酸盐污染物的高效去除。
实施例2
一种利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，具体为：以 FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理，包括以下步骤：
步骤a：将实施例1中制备的长宽厚度尺寸为2cm×2cm×3mm的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极(FeIIAlIII层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极)作为阴极，将规格为4cm2的 Pt电极作为阳极，极板间距设置为5cm，置于高为9cm、体积为311mL的圆柱形有机玻璃反应槽中，加入浓度为51mM的Na2S14溶液作为电解质溶液，构建处理溴酸盐水体的电化学还原反应体系。
步骤b：往步骤a构建的电化学还原反应体系中，加入3mL、浓度为122μmol/L的溴酸盐溶液，使用1.1mol/L的NaOH溶液和/或1.1mol/L的H2SO4溶液调节反应体系的初始pH值为5.6，同时通入氮气分别控制反应体系中溶解氧的初始浓度为2mg/L、3mg/L、5mg/L、6mg/L、7mg/L、8mg/L。
步骤c：将阳极和阴极分别使用导线与电源的正、负极相连，设置电流强度为11mA，在搅拌条件下对不同溶解氧浓度下的溴酸盐水体进行电化学还原反应115min，完成对对水体中溴酸盐和溴离子的去除。
本实施例中，在反应过程的设定时间连续取样，样品用1.45μm水系微孔滤膜过滤，用离子色谱测定电还原后的剩余溴酸盐浓度，计算得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极在不同溶解氧浓度条件下对水体中溴酸盐的去除效果，结果如图7所示。
图7为本发明实施例2中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极在不同溶解氧浓度条件下对水体中溴酸盐的去除效果图。由图7可知，本发明中，通过控制电化学还原反应过程中反应体系的溶解氧初始浓度≤8mg/L，能够在规定时间能实现对溴酸盐污染物的有效去除，其中当反应体系中溶解氧的初始浓度≤5mg/L，能在75min内实现对溴酸盐污染物的完全去除，同时当反应体系中溶解氧的初始浓度＞5mg/L时，也能实现对水体中溴酸盐污染物的有效去除，但是相较于初始浓度≤5mg/L时，所取得的去除率有所下降，这可能是随着溶液的 do升高，会发生电芬顿氧化副反应，对溴酸盐的去除产生抑制作用，进而导致对溴酸盐的去除效果的降低。因此，通过控制电化学还原反应过程中反应体系的溶解氧初始浓度≤5mg/L，更有利于实现对水体中溴酸盐污染物的高效去除。
实施例3
一种利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，具体为：以 FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理，包括以下步骤：
步骤a：将实施例1中制备的长宽厚度尺寸为2cm×2cm×3mm的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极(FeIIAlIII层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极)作为阴极，将规格为4cm2的 Pt电极作为阳极，极板间距设置为5cm，置于高为9cm、体积为311mL的圆柱形有机玻璃反应槽中，加入浓度为51mM的Na2S14溶液作为电解质溶液，构建处理溴酸盐水体的电化学还原反应体系。
步骤b：往步骤a构建的电化学还原反应体系中，加入3mL、浓度为122μmol/L的溴酸盐溶液，使用1.1mol/L的NaOH溶液和/或1.1mol/L的H2SO4溶液调节反应体系的初始pH值依次为2、3、5.6、7.5、9.5、11.5、11.5，同时通入氮气分别控制各个反应体系中溶解氧的初始浓度为5mg/L。
步骤c：将阳极和阴极分别使用导线与电源的正、负极相连，设置电流强度为11mA，在搅拌条件下对不同pH值下的溴酸盐水体进行电化学还原反应91min，完成对对水体中溴酸盐和溴离子的去除。
本实施例中，在反应过程的设定时间连续取样，样品用1.45μm水系微孔滤膜过滤，用离子色谱测定电还原后的剩余溴酸盐浓度，计算得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极在不同pH值条件下对水体中溴酸盐的去除效果，结果如图8所示。
图8为本发明实施例3中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极在不同pH值条件下对水体中溴酸盐的去除效果图。由图8可知，本发明中，通过控制电化学还原反应过程中反应体系的初始pH值≥3，能够在规定时间能实现对溴酸盐污染物的有效去除，其中当反应体系的初始pH值≥5.6，能在75min内实现对溴酸盐污染物的完全去除，同时当反应体系的初始 pH值≥11.5时，也能实现对水体中溴酸盐污染物的有效去除，但是相较于初始pH值≤11.5 时，所取得的去除率有所下降。另外，当反应体系的初始pH值≤2时，FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极对溴酸盐污染物的下降明显，原因可能是在pH值较低的情况下，FeAl 层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极容易被酸化，有效组分分解，稳定性差。因此，通过控制电化学还原反应过程中反应体系的初始pH值为5.6～11.5，更有利于实现对水体中溴酸盐污染物的高效去除。
实施例4
一种利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，具体为：以FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理，包括以下步骤：
步骤a：将实施例1中制备的长宽厚度尺寸为2cm×2cm×3mm的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极(FeIIAlIII层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极)作为阴极，将规格为4cm2的 Pt电极作为阳极，极板间距设置为5cm，置于高为9cm、体积为311mL的圆柱形有机玻璃反应槽中，加入浓度为51mM的Na2S14溶液作为电解质溶液，构建处理溴酸盐水体的电化学还原反应体系。
步骤b：往步骤a构建的电化学还原反应体系中，加入不同用量的浓度为122μmol/L的溴酸盐溶液，使得各个反应体系中溴酸盐的初始浓度依次为1.21μM/L、2.33μM/L、3.78μM/L、 12.47μM/L、31.2μM/L，使用1.1mol/L的NaOH溶液和/或1.1mol/L的H2SO4溶液调节各个反应体系的初始pH值为5.6，同时通入氮气分别控制各个反应体系中溶解氧的初始浓度为5mg/L。
步骤c：将阳极和阴极分别使用导线与电源的正、负极相连，设置电流强度为11mA，在搅拌条件下对不同初始浓度的溴酸盐水体进行电化学还原反应121min，完成对对水体中溴酸盐和溴离子的去除。
本实施例中，在反应过程的设定时间连续取样，样品用1.45μm水系微孔滤膜过滤，用离子色谱测定电还原后的剩余溴酸盐浓度，计算得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极对不同初始浓度水体中溴酸盐的去除效果，结果如图9所示。
图9为本发明实施例4中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极对不同初始浓度水体中溴酸盐的去除效果图。由图9可知，本发明中，通过控制电化学还原反应过程中反应体系的溴酸盐初始浓度≤31.2μM/L，能够在规定时间能实现对溴酸盐污染物的有效去除，其中当溴酸盐初始浓度＜12.47μM/L，能在75min内实现对溴酸盐污染物的完全去除，同时当溴酸盐初始浓度≥12.47μM/L时，也能实现对水体中溴酸盐污染物的有效去除，但是相较于溴酸盐初始浓度＜12.47μM/L时，所取得的去除率有所下降。因此，通过控制电化学还原反应过程中反应体系的溴酸盐初始浓度≤12.47μM/L，更有利于实现对水体中溴酸盐污染物的高效去除。
另外，本实施例中，还考察了反应体系的溴酸盐初始浓度为12.47μM/L、31.2μM/L时，反应体系中BrO3 -、Br-的浓度变化情况，如图11所示。图11为本发明实施例4中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极对水体中溴酸盐和溴离子的去除效果对比图。由图11可知，本发明中，以FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理时，不仅能够将水体中的溴酸盐还原成溴离子，实现对水体中溴酸盐的有效去除，而且还能吸附水体中的溴离子(每个阴极上的吸附量约为1.15mg)，防止溴离子被再次氧化成溴酸盐，由此实现对水体中溴酸盐和溴离子的同时去除。
实施例5
一种利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，具体为：以 FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理，包括以下步骤：
步骤a：将实施例1中制备的长宽厚度尺寸为2cm×2cm×3mm的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极(FeIIAlIII层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极)作为阴极，将规格为4cm2的 Pt电极作为阳极，极板间距设置为5cm，置于高为9cm、体积为311mL的圆柱形有机玻璃反应槽中，加入浓度为51mM的Na2S14溶液作为电解质溶液，构建处理溴酸盐水体的电化学还原反应体系。
步骤b：往步骤a构建的电化学还原反应体系中，加入3mL、浓度为122μmol/L的溴酸盐溶液，使得反应体系中溴酸盐的初始浓度为12.47μM/L，使用1.1mol/L的NaOH溶液和/ 或1.1mol/L的H2SO4溶液调节反应体系的初始pH值为5.6，同时通入氮气控制反应体系中溶解氧的初始浓度为5mg/L。
步骤c：将阳极和阴极分别使用导线与电源的正、负极相连，设置电流强度为11mA，在搅拌条件下对溴酸盐水体进行电化学还原反应75min，完成对对水体中溴酸盐和溴离子的去除。
重复上述步骤，利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极循环处理溴酸盐水体。
本实施例中，在每次反应结束后取样，样品用1.45μm水系微孔滤膜过滤，用离子色谱测定电还原后的剩余溴酸盐浓度，计算得的FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极对溴酸盐水体的循环去除效果，结果如图11所示。
图11为本发明实施例5中FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极对溴酸盐水体的循环去除效果图。由图11可知，本发明中，利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极循环处理溴酸盐水体时，循环使用5次后，仍然能够在规定时间能实现对溴酸盐污染物的有效去除，这说明本发明FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极具有极强的稳定性，能够多次使用并能保持良好的去除效果，有利于降低处理成本。
综上可知，本发明中，以FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理，即通过利用FeAl层状金属氢氧化物的电化学还原作用将水体中的溴酸盐还原成溴离子，实现对水体中溴酸盐的有效去除，同时利用FeAl层状金属氢氧化物的吸附作用吸附水体中的溴离子，防止溴离子被再次氧化成溴酸盐，由此实现对水体中溴酸盐和溴离子的同时去除。与常规的FeFe层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极相比，本发明中，采用的 FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极具有更加稳定的化学性能，能够长时间保存，能够在空气中有效保存31天以上，可实现电极材料的多次循环使用；同时，本发明中，采用的FeAl 层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极具有优良的电化学性能，避免了在反应过程中电极溶解导致的Fe2+残留问题，有利于减少二次污染。因此，本发明利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，具有操作简单、处理成本低、处理效率高、去除效果好、重复利用性好等优点，使用价值高，应用前景好，对于实现水体中溴酸盐的彻底去除具有重要意义。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，其特征在于，以FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理；所述FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极是以石墨毡电极为载体，所述石墨毡电极表面修饰有FeAl层状金属氢氧化物；所述FeAl层状金属氢氧化物是包含铁氢氧化物和铝氢氧化物的团聚物。
2.根据权利要求1所述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，其特征在于，所述FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极由以下方法制得：将含Fe2+、Al3+的混合液与石墨毡电极混合进行水热反应，得到FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极。
3.根据权利要求2所述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，其特征在于，所述含Fe2+、Al3+的混合液由亚铁盐、铝盐、NH4F和CO(NH2)2溶解于水中制备得到；所述含Fe2+、Al3+的混合液中Fe2+的浓度为25mmol/L；所述含Fe2+、Al3+的混合液中Al3+的浓度为6.25mmol/L；所述亚铁盐为FeSO4·7H2O；所述铝盐为Al2(SO4)3·18H2O；
所述石墨毡电极在使用之前还包括以下预处理：先后使用超纯水、丙酮、乙醇、超纯水对石墨毡电极进行超声清洗；所述石墨毡电极的长宽厚度尺寸为2cm×2cm×3mm；
所述水热反应的温度为121℃；所述水热反应的时间为24h。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，其特征在于，以FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极为阴极对溴酸盐水体进行电化学还原处理时，包括以下步骤：将溴酸盐水体加入到由FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极的反应体系中进行电化学还原反应，完成对水体中溴酸盐和溴离子的去除。
5.根据权利要求4所述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，其特征在于，所述电化学还原反应过程中控制反应体系中溶解氧的初始浓度≤8mg/L；所述电化学还原反应过程中控制反应体系中电流强度＞5mA。
6.根据权利要求5所述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，其特征在于，所述电化学还原反应过程中控制反应体系中溶解氧的初始浓度≤5mg/L；所述电化学还原反应过程中控制反应体系中电流强度为8mA～15mA。
7.根据权利要求6所述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，其特征在于，所述电化学还原反应过程中控制反应体系中溴酸盐的初始浓度≤31.2μM/L；所述电化学还原反应过程中控制反应体系的初始pH值≥3。
8.根据权利要求7所述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，其特征在于，所述电化学还原反应过程中控制反应体系中溴酸盐的初始浓度≤12.47μM/L；所述电化学还原反应过程中控制反应体系的初始pH值≥5.6。
9.根据权利要求8所述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，其特征在于，所述由FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极的反应体系中还包括阳极，所述阳极与阴极的极板间距为5cm；所述阳极为Pt电极。
10.根据权利要求9所述的利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法，其特征在于，所述电化学还原反应过程中还包括往反应体系中加入电解质溶液；所述电解质溶液为硫酸钠溶液；所述硫酸钠溶液的浓度为51mM；所述电化学还原反应在搅拌条件下进行；所述电化学还原反应的时间≥71min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210326346.5A CN115010216B (zh) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210326346.5A CN115010216B (zh) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115010216A true CN115010216A (zh) | 2022-09-06 |
| CN115010216B CN115010216B (zh) | 2024-06-11 |
Family
ID=83066718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210326346.5A Active CN115010216B (zh) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115010216B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102874880A (zh) * | 2012-10-09 | 2013-01-16 | 湖南大学 | 纳米亚铁铝类水滑石及其超声共沉淀制备方法和应用 |
| CN103263887A (zh) * | 2013-05-13 | 2013-08-28 | 浙江大学 | 一种去除水中溴酸盐的材料及其制备方法和应用 |
| CN103570114A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-02-12 | 上海大学 | 一种还原处理水中硝酸盐的方法 |
| CN105036259A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-11-11 | 湖南大学 | 一种电沉积双金属修饰活性炭纤维电极的改性方法及应用 |
| CN106915803A (zh) * | 2015-12-24 | 2017-07-04 | 湖南大学 | 一种电化学反应器及阴阳电极同时去除溴酸盐的方法 |
| CN112978866A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种石墨毡基双金属电极及其制备方法和应用 |
| CN114195246A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-03-18 | 河南力浮科技有限公司 | 纳米级FeS/LDH复合材料制备及钝化去除水中铬的应用 |
-
2022
- 2022-03-30 CN CN202210326346.5A patent/CN115010216B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102874880A (zh) * | 2012-10-09 | 2013-01-16 | 湖南大学 | 纳米亚铁铝类水滑石及其超声共沉淀制备方法和应用 |
| CN103263887A (zh) * | 2013-05-13 | 2013-08-28 | 浙江大学 | 一种去除水中溴酸盐的材料及其制备方法和应用 |
| CN103570114A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-02-12 | 上海大学 | 一种还原处理水中硝酸盐的方法 |
| CN105036259A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-11-11 | 湖南大学 | 一种电沉积双金属修饰活性炭纤维电极的改性方法及应用 |
| CN106915803A (zh) * | 2015-12-24 | 2017-07-04 | 湖南大学 | 一种电化学反应器及阴阳电极同时去除溴酸盐的方法 |
| CN112978866A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种石墨毡基双金属电极及其制备方法和应用 |
| CN114195246A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-03-18 | 河南力浮科技有限公司 | 纳米级FeS/LDH复合材料制备及钝化去除水中铬的应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| QI YANG等: "Adsorption-coupled reduction of bromate by Fe(II)–Al(III) layered double hydroxide in fixed-bed column: Experimental and breakthrough curves analysis", 《JOURNAL OF INDUSTRIAL AND ENGINEERING CHEMISTRY》, vol. 28 * |
| RAMESH CHITRAKAR等: "Fe–Al layered double hydroxides in bromate reduction:Synthesis and reactivity", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》, vol. 354 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115010216B (zh) | 2024-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6843414B1 (ja) | 黒鉛化基窒素錯体化のＦｅ（ＩＩＩ）−Ｆｅ▲０▼触媒の調製方法 | |
| Zhao et al. | Enhanced ciprofloxacin degradation by electrochemical activation of persulfate using iron decorated carbon membrane cathode: promoting direct single electron transfer to produce 1O2 | |
| CN100429155C (zh) | 一种三维电极反应器的粒子电极催化剂填料及其制备方法 | |
| CN101434429A (zh) | 一种电化学还原与氧化结合处理含氯有机废水的装置及方法 | |
| CN105731624A (zh) | 一种利用非均相类Fenton反应催化氧化处理反渗透浓水的方法 | |
| US11760673B2 (en) | Treatment method of wastewater containing heterocyclic organics and adsorbing material obtained therefrom | |
| CN108675382B (zh) | 一种基于TiO2纳米管光催化剂的集成催化系统及其降解处理方法 | |
| CN111533223A (zh) | 一种FeS2阴极非均相电芬顿水处理方法 | |
| CN111153470B (zh) | 基于碳毡负载钴颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在污水处理中的应用 | |
| CN110152702A (zh) | 一种有机骨架衍生氮碳纳米材料及其制备方法和应用 | |
| Zhang et al. | Recovery of phosphorus and metallic nickel along with HCl production from electroless nickel plating effluents: The key role of three-compartment photoelectrocatalytic cell system | |
| CN114014412A (zh) | 一种钴氮共掺多孔碳石墨毡电极的制备方法及其应用 | |
| CN104787949A (zh) | 一种基于改性气体扩散电极的光电芬顿氧化反应处理垃圾渗滤液的方法及装置 | |
| CN113371849A (zh) | 一种芬顿铁泥分离和循环利用方法和装置 | |
| Wang et al. | A sustainable solution for organic pollutant degradation: Novel polyethersulfone/carbon cloth/FeOCl composite membranes with electric field-assisted persulfate activation | |
| CN111018208A (zh) | 一种电镀废水及污泥的处理方法 | |
| CN113620389B (zh) | 一种电协同氧化反应处理废水的方法及装置 | |
| Fu et al. | Three-dimensional electro-Fenton oxidation of landfill leachate concentrates using MnO2-doped TiO2-coated granular activated carbon as catalytic particle electrodes | |
| Zhang et al. | Enhanced photoelectrocatalytic oxidation of hypophosphite and simultaneous recovery of metallic nickel via carbon aerogel cathode | |
| Shang et al. | Investigation on the reaction kinetic mechanism of polydopamine-loaded copper as dual-functional catalyst in heterogeneous electro-Fenton process | |
| CN113707352A (zh) | 一种放射性综合废水的处理方法 | |
| Yang et al. | Removal of ammonia nitrogen from wastewater by three-dimensional electrode system based on solid waste containing iron | |
| CN111606518A (zh) | 一种煤焦化废水综合处理方法 | |
| CN109518234B (zh) | 一种引入活性氢的电芬顿阴极及其制备方法和应用 | |
| CN115010216B (zh) | 利用FeAl层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极去除水体中溴酸盐的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |