【摘要】：本論文采用電容去離子技術(shù),研究陽(yáng)離子表面活性劑改性活性炭電極對(duì)地下水中的砷的吸附影響。先比較了不同種類活性炭電極的電化學(xué)性能和對(duì)砷離子的去除率,發(fā)現(xiàn)比表面積較高的粉末活性炭(PAC)所制備的電極對(duì)砷離子的去除率和電化學(xué)性能均優(yōu)于椰殼基活性炭(YK-AC)、木質(zhì)基活性炭(MZAC)、礦物質(zhì)基活性炭(KWZ-AC)所制備的電極,說(shuō)明粉末活性炭(PAC)更適合用來(lái)作為CDI電極的原材料。根據(jù)比選結(jié)果,可知粉末活性炭PAC所制備的電極性能更佳。在此基礎(chǔ)上,繼續(xù)研究了KOH、CPC、CTAC對(duì)PAC電極電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,KOH-PAC-3M/3h電極在KOH改性PAC電極中,比電容最高,較未改性PAC電極(46 F/g),電極比電容提升37%。CTAC-PAC-1mm/12h電極在CTAC改性PAC電極中,比電容最高,較未改性PAC電極(46 F/g),電極比電容提升45%。CPC-PAC-1mm/5h電極在CPC改性PAC電極中,比電容最高,較未改性PAC電極(46 F/g),電極比電容提升38%。為了進(jìn)一步提升改性活性炭電極的電化學(xué)性能,在電極制備過(guò)程中添加不同含量的導(dǎo)電炭黑(CB)和聚偏氟二乙烯(PVDF),研究電極制備比例(CB/PVDF/AC)對(duì)KOH-PAC-3M/3h、CP C-PAC-1mm/5h、CTAC-PAC-1mm/12h電極的電化學(xué)性能影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,按CB/PVDF/KOH-PAC=15/10/75,CB/PVDF/CPC-PAC=15/5/80,CB/PVDF/CTA C-PAC=15/5/80比例所制備的改性活性炭電極電化學(xué)性能最好,其電極比電容較未改性的PAC電極(46 F/g),分別上升143%、169%、143%,電極電化學(xué)性能較未調(diào)整電極制備比例前,性能大幅上升。在砷吸附實(shí)驗(yàn)中,CB/PVDF/CPC-PAC-15/5/80、CB/PVDF/CTAC-PAC-15/5/80電極對(duì)砷離子的去除率較PAC電極,均提升29%,說(shuō)明經(jīng)陽(yáng)離子改性劑改性及電極制備比例調(diào)整,電極比電容和電極對(duì)砷的去除率均有提升。CB/PVDF/KOH-PAC-15/10/75電極對(duì)砷離子的去除率較PAC電極下降,說(shuō)明經(jīng)KOH改性及電極制備比例調(diào)整,電極比電容大幅上升,但電極對(duì)砷的去除率卻出現(xiàn)下降。綜合比較其電極性能,可知CB/PVDF/CPC-PAC-15/5/80電極對(duì)砷離子的吸附效果和電化學(xué)性能均優(yōu)于CB/PVD F/KOH-PAC-15/10/75電極和CB/PVDF/CTAC-PAC-15/5/80電極,且電極穩(wěn)定性較好,適合用來(lái)作為CDI電極。根據(jù)比選結(jié)果,可知CB/PVDF/CPC-PAC-15/5/80電極性能最好。將CB/P VDF/CPC-PAC-15/5/80電極,組裝成CDI組件,研究CDI的操作條件對(duì)電極除砷性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在進(jìn)水As(III,V)濃度100μg/L,運(yùn)行流量5mL/min;電極間距2 mm;操作電壓1.8 V時(shí),電極對(duì)水中砷離子的去除率最高,達(dá)93%,出水砷濃度控制在10μg/L以下,符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)中關(guān)于砷濃度的限定。
【圖文】：

（YK-AC）電極、礦物質(zhì)基活性炭（KWZ-AC）電極、粉末活性炭（PAC）電極的在掃描速率為 0.002 V/s 下的電極比電容。由圖3.1和圖3.2結(jié)果可知，KWZ-AC、MZ-AC、YK-AC、PAC電極在0.002V/s掃描電壓下的比電容分別為 0.37 F/g、1.7 F/g、3.4 F/g、46 F/g，PAC 活性炭電極的比電容遠(yuǎn)高于 KWZ-AC、MZ-AC、YK-AC 電極。而電極擁有的比電容越大就意味著活性炭電極孔洞內(nèi)可以容納的離子越多，電極對(duì)離子的吸附量就越大，說(shuō)明 PAC 活性炭電極在做陽(yáng)極時(shí)對(duì)陰離子的吸附量高于其他 3 種活性炭電

（YK-AC）電極、礦物質(zhì)基活性炭（KWZ-AC）電極、粉末活性炭（PAC）電極的在掃描速率為 0.002 V/s 下的電極比電容。由圖3.1和圖3.2結(jié)果可知，，KWZ-AC、MZ-AC、YK-AC、PAC電極在0.002V/s掃描電壓下的比電容分別為 0.37 F/g、1.7 F/g、3.4 F/g、46 F/g，PAC 活性炭電極的比電容遠(yuǎn)高于 KWZ-AC、MZ-AC、YK-AC 電極。而電極擁有的比電容越大就意味著活性炭電極孔洞內(nèi)可以容納的離子越多，電極對(duì)離子的吸附量就越大，說(shuō)明 PAC 活性炭電極在做陽(yáng)極時(shí)對(duì)陰離子的吸附量高于其他 3 種活性炭電
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ424.1;X523

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本文編號(hào)：2648032