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淡水是人类赖以生存和生产的不可缺少的基本物质,淡水资源短缺已经成为我国经济发展的制约因素。淡水的获得可以从海水、苦咸水的淡化、污水的再生回用等获得,脱盐就显得尤为必要。此外高氟、高砷地下水脱盐、锅炉给水、去离子水、纯水、超纯水都需要预先软化、脱盐,而传统的脱盐方法存在着能耗高、成本高、再生麻烦等问题使得应用受限。电吸附技术是一项最近才发展起来的新脱盐技术,具有能量利用率高、低能耗和无二次污染等特点而展示了良好的应用前景。
本文研究了活性炭纤维(ACF)以及改性后的ACF电极组配在自行设计的电吸附脱盐装置电吸附脱盐,研究了电吸附在其他方面的应用,采用多种现代仪器对ACF电极的性能进行测试。主要的结果如下:
(1)影响因素研究:在一定范围内,电压越高,电极间距越小,流量越小,电吸附脱盐效果越好。考虑到实际运行,最佳条件确定为:电压为2V、电极间距为6mm、流量为60mL/min。浓度越大,吸附量越大,但饱和也越快,运用两种吸附等温线进行了线性拟合,电吸附等温线更类似于Freundlich方程。
(2)ACF的改性及其脱盐研究:KOH和KOH—微波改性后的ACF电极脱盐性能有了很大的提高,吸附量能够从未改性时的5.67mg/g分别提高到8.72mg/g、10.86mg/g。改性后ACF变得更加密实,纤维丝直径更小,其原因可能是ACF的纤维丝发生了收缩,其微孔部分烧蚀后成为中孔,而那些大孔则烧蚀成较小的孔;比表面积发生减少,可能是由于微孔的扩大和大孔的缩小导致的,但是改性后中孔更发达,说明中孔更有利于电吸附脱盐;比电容有了一定的增大,但在大电流充放电时,比电容均衰减明显,表明不适于大电流的充放电过程;电流平台特征更加明显,其闭合面积更大,比电容也增大,从电化学角度证明了中孔相对发达的ACF具有更好的电容特性。
(3)ACF电极电吸附应用研究:电吸附作用能大大提高ACF对重金属离子的吸附量,分别比物理吸附提高了2倍和1.5倍,多个周期的电吸附—脱附后电容特性未见衰减;电吸附方法脱色实质上包含了物理吸附、电吸附、电化学降解三种作用,由于有电吸附的作用,使得低电压下脱色成为可能,大大节省了能耗;自来水经多个周期的电吸附作用后,其电导率可达到纯水的标准。
综上结果表明,电吸附技术具有广泛应用性、科学合理性、经济实用性。