活性炭三维电极电促吸附去除水中氟离子的研究

主要研究颗粒活性炭作为第三维电极电促吸附水中氟离子。通过在颗粒活性炭上施加不同电压,测定吸附容量和考察吸附动力学过程,结果表明,将电压控制在3~5 V范围内可有效增强三维电极的吸附容量,5 V电压下的电促吸附容量比开路电位下提高30%,同时此电促吸附反应符合一级反应动力学。在动态开放式实验中,所施加电压、含氟水样pH、电解质浓度、初始氟离子浓度和进水流量均对电促吸附容量产生影响。采用电子扫描电镜和氮气吸附脱附的方法比较吸附前后活性炭颗粒表面性质的变化,发现其表面并未发生氧化反应,孔容孔径也未发生明显变化,且孔径大小与电促吸附有一定的关联。综合这些实验结果表明,三维电极电促吸附可有效提高颗粒活性炭的吸附效果,这是由于活性炭电极表面产生双电层作用的结果,并非活性炭表面或者水溶液中产生氧化反应所至。     

三维电极电吸附动态反应器的除氟特征研究

采用自制的单极性复合型三维阳极作为第三维电极对含氟水进行动态电促吸附实验,通过研究不同填充床高度、阴阳极板间距、隔膜材料对电促吸附除氟效果的影响,确定反应器的最佳结构参数为:填充床高度20 cm、阴阳极板间距4 cm、隔膜为nafion117膜。工作电压、进水pH、进水流速、共存物质对氟离子去除效果的影响结果表明:在一定范围内增大工作电压,降低进水pH或进水流速均可提高除氟效果。相应的最佳操作条件为:工作电压7 V、进水流速4 mL/min、酸性pH;腐殖酸和碳酸根离子的存在会对氟离子去除产生较强抑制作用,低浓度的氯离子可促进氟离子的电促吸附。扫描电镜(SEM)-电子能谱(EDX)的表征结果显示三维颗粒电极的表面及孔隙内部均可吸附氟离子,且电吸附后并未出现电极腐蚀现象。     

负载TiO_2的活性炭纤维改性电极电吸附除氟

采用溶胶-凝胶法制备TiO2凝胶,将TiO2凝胶涂覆在活性炭纤维表面并进行热处理制备改性电极（TiO2/ACF）,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射光谱仪（XRD）、比表面和孔隙度分析仪对负载前后电极的表面特性进行表征,并探讨了其对NaF溶液的电吸附效果。结果表明,电极负载TiO2后表面变得粗糙,比表面积和总孔体积减小,而介孔体积和平均孔径增大。此外,表面的TiO2同时以金红石和锐钛矿的晶型存在。电吸附实验结果显示,加电可以提高吸附容量,而且电压、pH和初始氟离子浓度均对电吸附容量产生影响：电压增大,吸附容量增加,当施加电压为2 V时,电吸附容量为1.03 mg/g,比开路电位时提高40%;pH可以通过影响氟离子在溶液中的存在形态和TiO2/ACF电极表面的羟基基团对电吸附容量产生影响;初始氟离子浓度升高,电极吸附容量增大,但是去除率降低。在处理初始氟离子浓度为4 mg/L的NaF溶液时,在2 V电压、中性pH和12 h的吸附时间下,改性ACF为电极的吸附量为1.32 mg/g。     

电增强载铝活性炭纤维吸附除氟的效果与影响因素

以含氟地下水为研究对象,采用自制电促吸附除氟反应器,开展电增强载铝活性炭纤维吸附除氟的动态实验,研究了不同电压、极板间距、地下水碱度和流速对吸附除氟效果的影响。实验结果表明,在负载炭纤维毡的电极一端加正电,可以提高除氟效果。当电压为1.6 V时除氟效果较好,单位面积炭毡处理达标水量为56.7 L/m2;极板间距设置为4mm时电吸附反应器除氟效果最佳;通过调节pH改变地下水碱度,当地下水pH调节为5.5时,电吸附反应器除氟效果较未调节前提高50%;当采用3对电极板,流速为1.88 m/h时,达到最高表面处理负荷2 073.6 L/(m2.d);探究了反应器的反洗再生方式,并连续进行了吸附再生的动态实验;穿透的反应器以Al2(SO4)3溶液为再生液并采用反向加电1.6 V的方式,可以达到较好的再生效果,实现连续动态运行。     

负载TiO2的活性炭纤维改性电极电吸附除氟

采用溶胶-凝胶法制备TiO2凝胶,将TiO2凝胶涂覆在活性炭纤维表面并进行热处理制备改性电极(TiO2/ACF),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱仪(XRD)、比表面和孔隙度分析仪对负载前后电极的表面特性进行表征,并探讨了其对NaF溶液的电吸附效果。结果表明,电极负载TiO2后表面变得粗糙,比表面积和总孔体积减小,而介孔体积和平均孔径增大。此外,表面的TiO2同时以金红石和锐钛矿的晶型存在。电吸附实验结果显示,加电可以提高吸附容量,而且电压、pH和初始氟离子浓度均对电吸附容量产生影响:电压增大,吸附容量增加,当施加电压为2 V时,电吸附容量为1.03 mg/g,比开路电位时提高40%;pH可以通过影响氟离子在溶液中的存在形态和TiO2/ACF电极表面的羟基基团对电吸附容量产生影响;初始氟离子浓度升高,电极吸附容量增大,但是去除率降低。在处理初始氟离子浓度为4 mg/L的NaF溶液时,在2 V电压、中性pH和12 h的吸附时间下,改性ACF为电极的吸附量为1.32 mg/g。     

活性炭三维电极法对印染废水的处理研究

对三维电极方法处理印染废水进行了实验研究,初步探讨了活性炭三维电极法处理印染废水的机理,对影响处理效果的各种要素,如反应时间、槽电压和pH值等进行了条件实验,得出了活性炭三维电极法处理印染废水的最佳运行条件为:停留时间120-180 min,槽电压25～30 V,进水pH值6.5～7.5。结果表明,该反应器能有效地降低废水色度,有较高的COD去除效率,并能提高印染废水的可生化性。     

电增强载铝活性炭纤维吸附氟离子性能

以载铝活性炭纤维毡为电极,在电场作用条件下对模拟含氟水进行静态吸附实验。结果表明,该载铝活性炭纤维毡正极化可以强化吸附除氟效果,吸附动力学数据很好地符合Lagergren二级速率方程,加电场时二级反应速率常数为4.50 g/（mg·h）;其对高浓度含氟饮用水也有较高去除率,Freundlich吸附等温方程能很好地描述吸附平衡数据。加电场情况下,该载铝炭毡对氟离子的最大吸附量为16.584 mg/g,去除氟离子的最佳pH范围是5.5~8.9。共存阴离子Cl-、SO42-和NO3-对炭毡吸附除氟没有抑制作用,但CO32-的存在会导致除氟吸附量显著下降。     

平板炭气凝胶电极电吸附除氟

采用自制的炭气凝胶平板电极进行模拟水样中氟的电吸附去除研究,通过单因子实验优化了该电吸附技术的操作参数和适用的溶液条件,并研究了反接电极法的再生效果。研究结果表明,自制的炭气凝胶平板由纳米颗粒组成三维网络结构,比表面积为670.90 m2/g,具有良好的充放电可逆性和迅速形成表面双电层的特点。静态电吸附除氟效果最佳的条件为:水样氟离子浓度6 mg/L,pH 7.0,极板间距4 cm,电压1.6 V;共存物质硝酸根、腐殖酸、碳酸根和碳酸氢根等对氟离子的电吸附具有一定的促进作用。吸附氟离子后的炭气凝胶材料的比表面、孔体积、电容值有所减小。对于吸附氟离子后的炭气凝胶平板电极,采用反接电极法取得较好再生效果的条件为:流动状态、电压1.6 V、极板间距4 cm。再生后的炭气凝胶电极与原始炭气凝胶相比,依然具有良好的充放电可逆性。     

复极性三维电极法处理硝基苯废水的实验研究

以铁板为阴极,石墨为阳极,吸附饱和的活性炭粒子为填充材料,研究了复极性三维电极法处理硝基苯废水时各因素对处理效率的影响。通过单因素实验确定了复极性三维电极法处理硝基苯废水的最佳操作条件为：电解电压20V,反应时间60min,活性炭填充量25g／L,电极板间距4cm,废水初始pH值6～7,电解质的投加量0．8g／L。此条件下废水的硝基苯去除率达到80％以上,COD去除率达到50％以上,显示出良好的处理效果。     

赤泥除氟剂的物相组成及其除氟性能

赤泥是一种多孔物质,其比表面积大,具有较好的吸附性能。以赤泥为原料,加入一定量的Na2SiO3、CaO及碳粉等添加剂,制备成约3 mm的球形颗粒。采用差热分析与X-射线粉末衍射技术相结合对赤泥原料及赤泥除氟剂高温焙烧过程的物相变化进行研究,同时研究了吸附时间、焙烧温度、焙烧时间对赤泥除氟剂除氟性能的影响。结果表明：在高温焙烧过程中,赤泥除氟剂原料的物相变化主要发生在800℃以下的温度。赤泥除氟剂的最佳焙烧温度为700℃,最佳焙烧时间为2 h,溶液中氟离子的浓度可从19下降到0.13 mg·L-1,吸附容量0.94 mg·g-1,除氟率达99%。     

电吸附活性炭电极制备及电吸附特性

电极的材料和制备是电吸附技术的核心。本研究进行了活性炭电极的制备、改性和表征,并分析其电吸附特性。结果表明,物理化学改性活性炭电极比表面积可达748.54 m2/g,分别是物理改性、化学改性活性炭电极的1.22和12.16倍,电吸附效果最佳。其对NaCl紊态电吸附效果是物理改性活性炭电极的1.28倍,化学改性活性炭电极的3.75倍。对NaCl紊态电吸附单位吸附量为7.19 mg/g,是静态吸附的8.78倍。对NaCl、Na2SO4和Na3PO4紊态电吸附单位吸附量依次为5.94、11.83和21.47 mg/g,单位吸附量和吸附平衡时间随着被吸附离子的负电荷增加而增加。紊态电吸附过程符合一级动力学,吸附过程是由扩散机制控制的、伴随着电场作用的慢吸附过程。     

三维电极/电-Fenton法降解苯酚

采用电-Fenton耦合三维电极法处理苯酚模拟废水,研究了活性炭作为第三电极的三维电极体系中苯酚的去除效果,重点考察了常温下初始pH值、电流强度、Fe²⁺浓度等因素对苯酚降解的影响。结果表明：在常温下,曝气速率20 L/min,初始pH=3,电流强度为0.3 A/m²,Fe²⁺浓度为0.1 mmol/L,反应时间60 min时,废水的苯酚的氧化降解率为91%,COD去除率为64%。在此条件下,三维电极/电-Fenton表现出较强的氧化能力,具有较好的去除效果,可应用于含苯酚废水的处理。     

活性炭三维电极流化床处理洗车废水的研究

以经吸附处理的活性炭为填充粒子,对三维电极流化床反应器处理洗车废水进行了静态条件实验研究。结果表明：三维电极流化床处理洗车废水的效果明显好于三维电极固定床和单纯的活性炭吸附。在槽电压为30 V,通气量为3 L/min, 通电时间为30 min,活性炭用量为50 g时,COD去除率最高。     

三维电极电化学氧化法深度处理DOP生产废水的研究

采用以铁板作阴、阳极,活性炭作填充粒子的三维电极电化学氧化法深度处理DOP生产废水。探讨了废水的pH、槽电压、极板间距、活性炭投加量和反应时间等因素对COD去除率的影响,并通过正交实验确定了处理DOP废水的最佳工艺条件,还对COD的降解动力学规律进行了初步探讨。结果表明,三维电极电化学氧化法处理DOP生产废水的最佳工艺条件为:pH值为5、电极间距为4 cm、槽电压为25 V、活性炭投加量为12 g/L、电解时间为90 min。在此条件下,COD去除率可达71.5%,出水COD浓度为50.9 mg/L,达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)的一级标准。三维电极电化学氧化法对COD的降解反应呈表观一级反应,降解速率方程为C=C0e-0.0124t。     

ACF电吸附去除饮用水中的硝酸盐

电吸附除盐技术是一种新型的饮用水处理技术,具有能耗低、无二次污染和电极可重复利用等优点。采用活性炭纤维(ACF)作为电极材料对其电吸附去除水中的硝酸盐进行了研究,考察了电压、pH、流速、初始浓度等因素对电吸附效率的影响以及超声处理对电极脱附和再次利用的影响。结果表明,电吸附作用对硝酸盐的去除有较高的效率,最佳的工艺条件为:电压1.0 V,pH为5.0~6.0,进水流速10 mL·min-1,初始NO3--N浓度为25~30 mg·L-1,在该条件下硝酸盐去除效率为68.3%~72.62%。超声处理对电极的脱附作用和再生效率有较大的改善和提高,超声处理过的电极比未处理的电极对硝酸盐的去除率可提高16.10%~18.98%。     

Ce-BDC衍生碳的除氟性能与机理

以Ce-BDC为原料,在空气和N₂的氛围中煅烧形成的衍生碳Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)。使用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜等表征手段 对其微观形貌结构、元素组成、官能团特征、晶型结构分别进行了表征和分析,并通过吸附拟合实验考察了Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)对水中氟离子的去除性能及可能的机制。结果表明成功制备了2种衍生碳。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)对氟离子的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合 Langmuir等温线模型。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)对氟离子的吸附是自发进行的,且对氟的吸附过程是放热反应。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N) 对氟离子的最大吸附容量分别为140.6 mg·g⁻¹和155.1 mg·g⁻¹。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)在宽 pH (3~10)范围内具有优良而稳定的除氟性能,并在实际水体处理中显示出优异的除氟性能。     

电絮凝-气浮-砂滤组合工艺除氟

为了有效去除水中的氟离子,对电絮凝-气浮-砂滤组合工艺除氟(F-)离子进行了研究。详细考察了电压、电絮凝停留时间和初始F-离子浓度等参数对除F-离子效率的影响。结果表明:当初始F-离子浓度为1.50 mg/L,停留时间为10 min,电压为15 V条件下,出水F-离子浓度为0.92 mg/L;当初始F-离子浓度为2.5 mg/L,停留时间为15 min,电压15 V条件下,出水F-离子浓度为0.98 mg/L。用Al-Ferron逐时络合比色法表征了电絮凝和气浮单元出水中铝形态随时间的变化。结果显示:电絮凝出水Ala含量随时间增加迅速降低到5%以下,电絮凝和气浮单元出水Alb含量均占到50%以上,Alc含量均随时间增加而增加。     

Fe-Mt三维粒子电极体系去除水中亚甲基蓝

以铁改性蒙脱石(Fe-Mt)制备粒子电极,探究了其在三维电极体系中的催化性能。通过SEM-EDS和XRD对Fe-Mt粒子电极进行了形貌和物相表征,分析了不同反应条件(pH、投加量、槽电压等)对亚甲基蓝去除率的影响,进一步通过自由基抑制实验、H₂O₂的产生量以及总溶解性铁离子浓度检测探讨了Fe-Mt粒子电极对亚甲基蓝的氧化去除机理。结果表明,Fe-Mt粒子电极能够拓宽pH的有效作用范围,在pH=3.0、电压为5 V、粒子电极投加量为10 g∙L⁻¹条件下,较二维电化学体系亚甲基蓝去除率提高了约25%。Fe-Mt粒子电极能够直接或间接催化H₂O₂以产生羟基自由基,并结合吸附-氧化降解耦合机制强化了亚甲基蓝去除率。以上研究结果可为拓宽以蒙脱石为基材的催化材料在高级氧化体系的应用提供参考。