活性炭纖維電極對不同陽離子電吸附行為的試驗研究

王翠 馬愛鵬

目前國內外工業應用的除鹽方法主要有膜分離法（電滲析和反滲透）、離子交換和蒸餾法等，每種方法都有一定的適用范圍和優缺點，因此，新的除鹽方法在不斷的開發中。電吸附就是一種新型的除鹽技術，其工作原理是在外加電場作用下，溶液和電極的交界面上形成一雙電層，通過靜電力作用將溶液中的離子儲存在雙電層中，而電場一旦撤銷，被吸附的離子又會返回到溶液中，使電極得到再生。電吸附除鹽與現行的除鹽法相比具有以下優點：與電滲析和反滲透相比，電吸附不需要膜，更容易操作；與離子交換相比，電極不需要酸、堿再生，所以減少了二次污染；與蒸餾相比，電吸附所需要的能耗更低。所以電吸附技術被廣泛關注，并開展了諸多領域的應用研究。

1 材料及方法

1.1 活性炭纖維電極的制備

采用遼寧森鑫活性炭纖維廠生產活性炭纖維，厚度1mm，首先將活性炭纖維剪成31cm*12cm大小，放入純水中煮沸2小時，以去除其水溶性和揮發性物質，然后在純水中浸泡24小時，擠干水，在烘箱中120℃烘24小時以除表面雜質，之后用塑料網格做支撐，即得活性炭纖維電極。

1.2 實驗裝置及分析方法

取兩塊活性炭纖維電極，中間由塑料網格隔開后一同置入用硅膠板做成的密封圈內，電極兩頭用導線與直流穩壓電源連接，電極外側加設如同電滲析的塑料電極極框，在極框兩端開設進出水孔，再由兩塊不銹鋼板壓緊，由此組成電吸附裝置。

取制作好的一對電極置入電吸附裝置中，電壓調至2V，電極間距調為1mm，進水流速控制在0.56m/min左右，每隔1min測出水電導率。高位水箱的實驗用水用為以下條件：

1.2.1 分別用去離子水配置氯化鈉與硝酸銀溶液，其濃度均為730μS/cm。

1.2.2 分別用去離子水配置硫酸銅與硫酸鉛溶液，其濃度均為730μS/cm。

1.2.3 用去離子水配置氯化鐵溶液，其濃度為730μS/cm。

圖1 不同離子的電吸附作用對比圖

邯鄲自來水（電導率680-730μS/cm），試驗中采用DDS-11電導率儀測定產水電導率，電壓和電流分別在儀表上直接讀取。

2 試驗結果及分析

2.1 活性炭纖維電極對一價陽離子的去除

從圖1上可以看出，鈉離子的去除率整體要比銀離子的去除率要高一點。鈉離子的最高去除率可達33%之多，銀離子的去除率也達到了30%，說明本實驗的電吸附裝置對一價金屬陽離子的去除是較好的，尤其對離子半徑小的離子。圖中去除率的變化曲線證明了電吸附對離子半徑小的離子更具有吸附作用。

2.2 活性炭纖維電極對二價陽離子的去除

由圖2可知活性炭纖維電極在一定參數下銅離子的去除率要比鉛離子的除鹽率高一些，表明電吸附對銅離子的吸附效果好。而銅離子與鉛離子的除鹽率都超過了20%，說明本實驗的吸附裝置對二價金屬陽離子的去除效果很好，尤其對銅離子的除鹽效果更好。因此加證明了，同二價態的金屬陽離子，離子半徑越小，吸附效果越好。

圖2 對不同離子的電吸附作用

2.3 活性炭纖維電極對三價陽離子的去除

圖3 對鐵離子的電吸附作用

從圖3可以看出，在電吸附工作初期，三價鐵離子的出水電導率下降迅猛，而后的第2min三價鐵離子的出水電導率下降至最低點為412μS/cm，比原水電導率730μS/cm低318μS/cm之多，說明電吸附在這工作的2min時間內三價鐵離子大量被吸附到雙電層內，工作出水水質也比較好。隨著電吸附工作時間的增長，其出水電導率則是慢慢爬升且漲幅不大。此時表明，電吸附的雙電層還在吸附三價鐵離子，在慢慢接近雙電層吸附的飽和狀態，因此，再延長工作時間，對三價鐵離子的去除效果不是很明顯。本圖反應了電吸附技術對三價鐵離子的吸附容量大，去除三價鐵離子良好的去除效果。

3 結論

3.1 對一價態金屬溶液氯化鈉和硝酸銀的電吸附表明：電吸附更能吸附溶液中離子半徑小的鈉離子溶液，對鈉離子的去除效果要更好一些，其去除率為20%。

3.2 對二價態金屬溶液硫酸銅和硫酸鉛的電吸附表明：電吸附吸附溶液中銅離子的速率比鉛離子的要快，因此對銅離子的去除效果要更好一些，也再一次證明了離子半徑越小的離子越容易被吸附。

3.3 對三價態金屬溶液氯化鐵的電吸附表明：高價態金屬三價鐵離子能快速被吸附到雙電層內，并且電吸附對三價鐵離子的吸附量比較大，出水水質比較好，去除率也高，其去除率高達30%之多。

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