本發(fā)明涉及一種水處理技術領域的方法，具體是利用酸化活性炭纖維作為電極材料電吸附去除水中Zn²⁺離子的方法，該方法去除速率快，不產(chǎn)生二次污染。

背景技術：

鋅是一種在地球上儲量較為豐富的重金屬資源。我國鋅礦資源儲量居世界第2位。鋅資源廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)如冶煉、制藥及食品行業(yè)之中。鋅是人體健康不可缺少的元素，它廣泛存在于人體肌肉及骨骼中，但是含量甚微，如果超量就會發(fā)生嚴重后果。含鋅廢水的排放對人體健康和工農(nóng)業(yè)活動具有嚴重危害，具有持久性、毒性大、污染嚴重等特點，一旦進入環(huán)境后不能被生物降解，大多數(shù)參與食物鏈循環(huán)，并最終在生物體內(nèi)積累，破壞生物體正常生理代謝活動，危害人體健康。隨著人類對重金屬的開采、冶煉、加工等生產(chǎn)活動的日益增加，產(chǎn)生的重金屬廢水無論是從數(shù)量上還是種類上都大大增加，造成了嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。

電容去離子(capacitive deionization，CDI)又稱電吸附(electrosorption)，是一種利用帶電的電極表面吸附水中離子和帶電粒子，凈化水體中離子及帶電粒子的新型水處理技術，其優(yōu)點是：去除過程不涉及氧化還原反應，能耗低；吸附飽和后的電極可通過施加反向電壓或短路的方式得以再生，再生操作簡便；去除離子過程中無需添加其他輔助材料，不產(chǎn)生二次污染；整個去除和再生過程中沒有發(fā)生化學反應，電極使用壽命長。因此相比于傳統(tǒng)除鋅處理工藝，電容去離子技術在含鋅等重金屬廢水處理的應用領域極具應用前景。

活性炭纖維是一種強度大、密度小、耐腐蝕的新型非金屬材料。由于活性炭纖維具有比表面積大，微孔體積數(shù)大以及電阻率小等特點，作為電吸附電極材料得到一定應用?；钚蕴坷w維具有連續(xù)的塊狀結(jié)構(gòu)，能直接用作電吸附電極，因此可以簡化制作工藝并降低使用成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明設計一種電吸附去除水中鋅離子的方法，包括以下具體步驟：

(1)活性炭纖維酸化處理：用鹽酸浸泡，然后用大量的去離子水沖洗，直至pH值為中性，電導率值小于5μS·cm^-1。放置于烘箱中110℃烘干，置于干燥器中得到酸化活性炭纖維；

(2)制備活性炭纖維電極：將步驟(1)中的酸化活性炭纖維裁剪成塊狀大小得到活性炭纖維電極；

(3)將步驟(2)中得到的活性炭纖維電極組裝安裝在電吸附模塊中電吸附去除水中重金屬離子；

(4)電吸附法去除水中重金屬離子：配置重金屬離子溶液，量取重金屬離子溶液在燒杯中，將步驟(3)中組裝好的活性炭纖維電極電吸附模塊進行電吸附實驗。電吸附實驗利用蠕動泵抽取燒杯中的重金屬離子溶液進入到電吸附模塊，最終循環(huán)到燒杯中，同時使用電導率儀實時監(jiān)測溶液中電導率的變化，當電導率保持不變時，即活性炭纖維電極達到吸附平衡。

(5)活性炭纖維電極的脫附再生：當活性炭纖維電極達到吸附飽和，將施加在電吸附模塊上的電壓短路或去除，溶液中的電導率將逐漸恢復到初始值，電極得到了脫附再生。

步驟(1)中所述的鹽酸的濃度為1mol·L^-1，浸泡時間為3h，pH值接近6.9。

步驟(2)中所述的活性炭纖維電極大小為5cm×5cm。

步驟(3)所述的活性炭纖維電極電吸附去除水中的重金屬離子為Zn²⁺。

步驟(4)所述的重金屬離子Zn²⁺的濃度為100mg/L，工作電壓為1.4V，進水流量為15ml/min。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：活性炭纖維的酸化改性的方法簡便易行，易制作且環(huán)保無二次污染，利用改性后的活性炭纖維電極作為電吸附模塊的電極具有效率高，操作簡單，材料易制得且材料的循環(huán)使用性能與不經(jīng)過改性后的材料具有大幅度的提升。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。

圖1為實施例一中制備的活性炭纖維改性后的掃描電鏡圖(SEM圖)；

圖2為實施例二中溶液Zn²⁺初始濃度對Zn²⁺去除率的影響；

圖3為實施例三中工作電壓對Zn²⁺去除率的影響；

圖4為實施例四中進水流量對Zn²⁺去除率的影響；

圖5為實施例五中活性炭纖維電極的吸附脫附再生次數(shù)對吸附于脫附率的影響。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例一

活性炭纖維的預處理：將活性炭纖維裁剪成5cm×5cm的大小，用1mol·L^-1的鹽酸浸泡3h，以去除活性炭纖維表面的灰分，然后用大量的去離子水沖洗，直至pH值為中性，電導率值小于5μS·cm^-1。放置于烘箱中110℃烘干，置于干燥器中。

實施例二

活性炭纖維酸化改性后電極制備過程與實施例一相同。

對活性炭纖維電極組成的電吸附模塊進行電吸附去除水中鋅離子的實驗。將電吸附實驗條件設置成電壓為1.0V，進水流量為10mL/min，極板間距控制在1mm的條件下，分別研究了鋅離子初始濃度在150mg/L、120mg/L、100mg/L、70mg/L時活性炭纖維電吸附去除鋅離子的效果。實驗結(jié)果如圖2所示，可見改性后的活性纖維電極對Zn²⁺具有較好的吸附效果。

實施例三

活性炭纖維酸化改性后電極制備過程與實施例一相同。

選取初始濃度為150mg/L的鋅離子溶液，電極間距由夾在兩電極間的無紡布隔離，間距控制在1mm，控制進水流量為10ml/min，分別施加0V、1.0V、1.2V、1.4V、1.6V的工作電壓，用活性炭纖維電極組裝成電吸附模塊進行電吸附去除鋅離子實驗，結(jié)果如圖3示?？梢娫诠ぷ麟妷汉线m的情況下改性后的活性纖維電極對Zn²⁺具有較好的吸附效果。

實施例四

活性炭纖維酸化改性后電極制備過程與實施例一相同。

實驗條件選取了鋅離子濃度為100mg/L，工作電壓控制在1.4V，電極間距由夾在兩電極間的無紡布隔離，間距控制在1mm研究了活性炭纖維電極的吸附效果。

實施例五

活性炭纖維酸化改性后電極制備過程與實施例一相同。

對活性炭纖維改性后制成的電吸附電極進行循環(huán)電吸附實驗。將活性炭纖維電極安裝在電吸附模塊中，施加工作電壓為1.4V，進水流量控制在15ml/min循環(huán)吸附脫附濃度為100mg/L的Zn²⁺溶液，計算其吸附率與脫附率。實驗結(jié)果如圖5所示。第一次循環(huán)吸附脫附實驗后，活性炭纖維的吸附率為48.36％，經(jīng)過五次循環(huán)吸附脫附實驗后，去除率僅降低了5.01％，說明該材料具有極高的再生性能。