一種電吸附脫鹽用電極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型電極吸附材料的制備方法，主要針對高鹽廢水脫鹽開發(fā)了一種新型電極材料—即石墨-活性炭纖維復(fù)合電極，這種電極材料用于電吸附除鹽效果好，且處理成本低。制作方法包括：將固體酚醛樹脂溶于有機溶劑中制成酚醛樹脂膠；將活性炭纖維氈研磨成粉末狀；將稱取的石墨粉和活性炭纖維粉末混合均勻，加入一定量的酚醛樹脂膠，充分攪拌使膠與粉末混合均勻后壓片成形；將電極材料放入電爐中，在N2保護條件下加熱進行炭化，得到所需的石墨-活性炭纖維復(fù)合電極等步驟。使用該電極材料處理精制棉黑液、葉綠素銅鈉生產(chǎn)廢水及某化工廢水處理結(jié)果表明：該方法對水體中COD和含鹽量均有較大程度的降低，處理后水體可生化性得到明顯改善。
【專利說明】—種電吸附脫鹽用電極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新型電吸附電極材料，即石墨-活性炭纖維電極材料的制備方法，所制備的電極材料適用于高鹽廢水的脫鹽工序。
【背景技術(shù)】
[0002]高鹽廢水是指總含鹽量(以NaCl含量計)至少為1%的廢水，這種廢水含有多種物質(zhì)(包括鹽、油、有機重金屬和放射性物質(zhì))，主要包括含鹽工業(yè)廢水、含鹽生活污水和其他含鹽廢水。根據(jù)含鹽廢水來源可將含鹽廢水分為:
[0003](I)海水直接利用過程中排放的廢水
[0004]包括海水作為工業(yè)冷卻水、工業(yè)生產(chǎn)用水、城市生活用水。
[0005](2)工業(yè)廢水
[0006]一些工業(yè)行業(yè)在生產(chǎn)過程中會排放出大量含鹽有機廢水，包括化學(xué)試劑的生產(chǎn)，石油、天然氣的開采?；どa(chǎn)在制造化學(xué)藥劑，如殺蟲劑、滅草劑等，印染，腌制和造紙過程中會產(chǎn)生大量的含鹽廢水。另外，開發(fā)石油、天然氣也會產(chǎn)生高鹽廢水。這些廢水中含有高濃度的鹽，油，有機酸，重金屬和放射性元素。
[0007](3)其他含鹽廢水
[0008]大型船艦上的污水是高含鹽生活污水。某些地下水異常地區(qū)的天然水比一般淡水的含鹽量還多，如河北平原部分地區(qū)淺層地下水為咸水，總?cè)芙夤腆w濃度可達5mg/L左右。另外，廢水最少化也可能產(chǎn)生大量含鹽廢水。雖然廢水最少化主張從源頭減少廢物量，但其過程無法控制廢物的產(chǎn)生。結(jié)果，廢物總體積減少，但其中的有機物和無機物濃度升高了。
[0009]在工業(yè)生產(chǎn)用水、農(nóng)田灌溉用水及生活飲用水的標準中，對水的含鹽量或總?cè)芙夤腆w含量都有明確而嚴格的限制性要求。因為它對工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率以及人體健康和生活有著重要的影響。降低或消除水中所含各種鹽類、游離酸和堿的水處理方法是去離子法，一般統(tǒng)稱為除鹽。
[0010]水的除鹽分為局部除鹽和完全除鹽(深度除鹽)兩種，從處理機理上分，除鹽方法有以下幾種類型:
[0011](I)熱力法除鹽。熱力法除鹽是以熱力源為推動力，使原料水進行相變，進而獲取淡水的方法。主要類型有蒸餾法和冷凍法。其中蒸餾法可分為多級閃蒸、多效蒸發(fā)、壓汽蒸餾等。
[0012](2)化學(xué)法除鹽?；瘜W(xué)法除鹽就是利用化學(xué)置換、萃取、沉淀等化學(xué)原理將水中的溶解性鹽類物質(zhì)去除或降低的過程，如離子交換法、藥劑沉淀法等。
[0013](3)電-膜法除鹽。電-膜法除鹽是利用離子交換膜對溶質(zhì)離子的選擇透過特性，以電場力為推動力，在專門的裝置中使電解質(zhì)溶質(zhì)與溶劑得到分離、提純和濃縮。包括電滲析法、電去離子法等。
[0014](4)壓力-膜法除鹽。壓力-膜法除鹽是一種以外部壓力為推動力、利用空隙致密膜的選擇透過性，使水溶液的溶質(zhì)與溶劑相分離的新型水質(zhì)處理方法。包括反滲透膜法和納濾膜法兩種。前者可深度除鹽，后者可局部除鹽。
[0015](5)電吸附法除鹽。電吸附法除鹽系列用帶電電極表面吸附水中帶電粒子的作用，使水中鹽類離子在電極表面富集濃縮與水分離，從而達到除鹽的目的。
[0016](6)其他除鹽法。其他除鹽法多是利用物理化學(xué)原理進行的，如溶劑萃取法、水合物法等。
[0017]其中電吸附技術(shù)作為一種新型的水處理技術(shù)，在工作過程不需要使用大量的酸、堿溶液，在降低制水成本的同時，也不會對環(huán)境造成二次污染；工作電壓低，不會產(chǎn)生電解，在保證去除效率的同時可以達到較高的得水率；原理簡單，設(shè)備操作簡單易行，自動化程度高；同時和反滲透等技術(shù)相比還具有良好的抗污染能力及較長的使用壽命，還可以避免經(jīng)常性更換核心部件的麻煩。
[0018]目前用于電吸附除鹽的電極主要有活性炭電極、碳氣凝膠電極、碳納米管電極等。其中活性炭電極對離子的吸附能力有限，除鹽效果不理想，碳氣凝膠和碳納米管電極的除鹽效果較好，但成本較高。
[0019]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種新型電極材料的制備方法，這種電極材料用于電吸附除鹽效果好，且處理成本低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的目的在于，提供一種新型的電極材料，即石墨-活性炭纖維電極材料的制作方法。這種電極材料制作成本低，吸附能力強，用于電吸附除鹽效果好。
[0021]本發(fā)明提供了一種新型電極材料的制作方法，該方法包括以下步驟:
[0022]步驟I，將固體酚醛·樹脂溶于有機溶劑中制成酚醛樹脂膠，濃度為0.15~0.55g/
mLo
[0023]步驟2，將活性炭纖維氈研磨成粉末狀。稱取石墨粉和活性炭纖維粉末(質(zhì)量比為1:7 ~20:7)。
[0024]步驟3，將稱取的石墨粉和活性炭纖維粉末混合均勻，加入一定量的酚醛樹脂膠(膠中酚醛樹脂含量為電極材料質(zhì)量的2~25%)，充分攪拌使膠與粉末混合均勻后壓片成形。
[0025]步驟4，將電極材料放入電爐中，在N2保護條件下加熱至700~1100°C，并保溫0.5~3h進行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纖維電極材料。
[0026]進一步，本發(fā)明所述的一種新型電吸附電極材料的制作方法包括以下特征:
[0027]在步驟I中所用的膠為酚醛樹脂溶于醇、環(huán)己烷等有機溶劑中的一種形成的溶液。
[0028]步驟2中，所用的活性炭纖維粉末是由片狀的活性炭纖維氈研磨成的，且原材料中石墨粉與活性炭纖維粉末的質(zhì)量比為1:7~20:7。
[0029]步驟3中，所用的膠黏劑的量與電極材料質(zhì)量的比值為1:10~1:1。
[0030]步驟4中，電極的炭化需在N2保護條件下進行，炭化溫度為700~1100°C，最適溫度800~1000°C，炭化時間最佳為lh。
[0031]本發(fā)明的有益效果:由于高鹽廢水的可生化性差，需要除鹽后才能進行進一步的處理，電吸附是一種有效的除鹽方法，但目前廣泛使用和研究的電極材料有處理效果一般或處理效果好但成本較高等問題。因此，這種新型的電極材料具有較好的電吸附除鹽效果，且成本較低，應(yīng)用于電吸附除鹽能夠解決其他電極材料存在的問題。
【具體實施方式】
[0032]首先將固體酚醛樹脂溶于醇、環(huán)己烷等有機溶劑中制成酚醛樹脂膠，濃度為
0.15~0.55g/mL。之后將活性炭纖維氈研磨成粉末狀。稱取石墨粉和活性炭纖維粉末(質(zhì)量比為1:7~20:7)。然后將稱取的石墨粉和活性炭纖維粉末混合均勻，加入一定量的酚醛樹脂膠(膠中酚醛樹脂含量為電極材料質(zhì)量的5~50%，即膠黏劑的量與電極材料質(zhì)量的比值為1:10~1:1)，充分攪拌使膠與粉末混合均勻后壓片成形。將壓片放入電爐中，在N2保護條件下加熱至700~1100°C，并保溫0.5~3h進行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纖維電極材料。
[0033]使用電極材料處理高鹽廢水時，將高鹽廢水通入電吸附裝置，進行電吸附處理。其中電吸附裝置中放入多對石墨-活性炭纖維電極，電極間距為1.5cm,電壓為1.6V，接通電源60min后出水。電極對廢水中的帶電離子具有很好的吸附富集作用，并且能吸附一部分帶電的有機物質(zhì)，可以去除一部分C0D?？筛鶕?jù)廢水的含鹽量控制電吸附裝置中的電極對數(shù)。
[0034]實施實例:
[0035]具體實例一
[0036]將固體酚醛樹脂溶于環(huán)己烷中制成酚醛樹脂膠，濃度為0.25g/mL。之后將活性炭纖維氈研磨成粉末狀。稱取石墨粉和活性炭纖維粉末(質(zhì)量比為13:7)。然后將稱取的石墨粉和活性炭纖維粉末混合均勻，加入一定量的酚醛樹脂膠(膠中酚醛樹脂含量為電極材料質(zhì)量的20%)，充分攪拌使膠與粉末混合均勻后壓片成形。將壓片放入電爐中，在N2保護條件下加熱至850°C，并保溫Ih進行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纖維電極材料。
[0037]將該電極材料用于某精制棉黑液脫鹽工序。選用的精制棉黑液pH為12.5，COD為8040mg/L，電導(dǎo)率為2.66X 104iiS/cm。制棉黑液通入電吸附裝置，在電壓為1.6V，用兩對電極進行電吸附，處理時間為60min。電吸附出水COD為2780mg/L，電導(dǎo)率為1.6X10VS/cm，COD去除率達到65.42%，除鹽率為39.85%。
[0038]具體實例二
[0039]將固體酚醛樹脂溶于乙醇中制成酚醛樹脂膠，濃度為0.20g/mL。之后將活性炭纖維氈研磨成粉末狀。稱取石墨粉和活性炭纖維粉末(質(zhì)量比為11:7)。然后將稱取的石墨粉和活性炭纖維粉末混合均勻，加入一定量的酚醛樹脂膠(膠中酚醛樹脂含量為電極材料質(zhì)量的15%)，充分攪拌使膠與粉末混合均勻后壓片成形。將壓片放入電爐中，在N2保護條件下加熱至800°C，并保溫Ih進行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纖維電極材料。
[0040]將該電極材料用于葉綠素銅鈉生產(chǎn)廢水脫鹽工序。葉綠素銅鈉生產(chǎn)廢水通入電吸附裝置，電壓1.6V，處理時間60min，電極對數(shù)為I對時，出水的電導(dǎo)率由16250 y s/cm降至10250 u s/cm, Cl 濃度由 5667mg/L 降至 4405mg/L, COD 由 6600mg/L 降至 5900mg/L。由實驗結(jié)果可以看出，電吸附對電導(dǎo)率和Cl-的去除率分別為36.92%和22.27%，對COD的去除率為 10.61%。
[0041]具體實例三[0042]將固體酚醛樹脂溶于丙醇中制成酚醛樹脂膠，濃度為0.20g/mL。之后將活性炭纖維氈研磨成粉末狀。稱取石墨粉和活性炭纖維粉末(質(zhì)量比為12:7)。然后將稱取的石墨粉和活性炭纖維粉末混合均勻，加入一定量的酚醛樹脂膠(膠中酚醛樹脂含量為電極材料質(zhì)量的18%)，充分攪拌使膠與粉末混合均勻后壓片成形。將壓片放入電爐中，在N2保護條件下加熱至880°C，并保溫Ih進行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纖維電極材料。
[0043]將該電極材料用于某化工廢水脫鹽工序。選取的化工廢水電導(dǎo)率為14400 u s/cm,Cl-濃度為4785mg/L，COD為38650mg/L。將化工廢水通入電吸附裝置，電壓1.6V，處理時間60min，電極對數(shù)為4對時，出水電導(dǎo)率9800 u s/cm, Cl-濃度3167mg/L，COD為22360mg/L,去除率分別為 33.81%, 31.94% 和 42.15%。
[0044]以上所述僅為發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，`均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型電吸附電極材料的制作方法，該方法包括以下特征: 步驟I，將固體酚醛樹脂溶于有機溶劑中制成酚醛樹脂膠。 步驟2，將活性炭纖維氈研磨成粉末狀。按比例稱取一定質(zhì)量的石墨粉和活性炭纖維粉末。 步驟3，將稱取的石墨粉和活性炭纖維粉末混合均勻，按比例加入酚醛樹脂膠，充分攪拌使膠與粉末混合均勻后壓片成形。 步驟4，將電極材料放入電爐中，在N2保護條件下加熱至700~1100°C，并保溫0.5~3h進行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纖維電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型電吸附電極材料的制作方法特征在于:所述的膠為酚醛樹脂溶于醇、環(huán)己烷等有機溶劑中的一種形成的溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型電吸附電極材料的制作方法特征在于:所用的活性炭纖維粉末是由片狀的活性炭纖維氈研磨成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型電吸附電極材料的制作方法特征在于:原材料中石墨粉與活性炭纖維粉末的質(zhì)量比為1:7~20:7。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的一種新型電吸附電極材料的制作方法特征在于:所用的膠黏劑的量與電極材料質(zhì)量的比值為1:10~1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型電吸附電極材料，可以用于高鹽廢水脫鹽，如用于精制棉加工廢水、葉綠素銅鈉生產(chǎn)廢水等高含鹽化工污水的脫鹽。
【文檔編號】C02F1/469GK103570107SQ201310552842
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】周貴忠, 王絢 申請人:青島科技大學(xué)