CPC改性活性炭電極電吸附除砷性能研究

劉曉艷，王一楠，陸謝娟，陳 才，吳曉暉，毛 娟

（1.武漢科技大學城市建設學院，湖北武漢430065；2.華中科技大學環境科學與工程學院，湖北武漢430074）

電容去離子技術（capacitivedeionization，CDI）〔1-6〕，其原理是在靜電場的作用下，溶液中的離子定向位移到對應電極的表面被吸附，形成雙電層，從而使溶液中離子得以去除〔7-8〕。在地下水中，砷主要以As（Ⅲ）和 As（Ⅴ）的形態存在，而 As（Ⅲ）主要以 H3AsO3的形式存在，As（Ⅴ）主要以 H2AsO4-和 HAsO42-的形式存在。在采用電容去離子技術去除水中砷的過程中，其中的As（Ⅲ）會先在陽極發生氧化反應生成As（Ⅴ），進而在靜電場的作用下被活性炭電極吸附去除〔9-10〕。針對As（Ⅴ）主要以陰離子的形式存在，本研究采用陽離子表面活性劑氯代十六烷基吡啶（CPC）對活性炭（PAC）進行改性，以提高活性炭電極電吸附除砷的性能。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及試劑

實驗材料：粉末活性炭（PAC），粒徑約 10 μm；集電極采用經過鈍化工藝處理的100目（孔徑約0.075 0 mm）不銹鋼網，厚度 0.6 mm；導電炭黑（CB）。上述材料均購自武漢金蘋果科技有限公司。水樣采用100 mg/L砷標液稀釋1 000倍配制成的100 μg/L砷溶液。

實驗試劑：聚偏氟乙烯（PVDF）、氯化鈉（NaCl）、氯代十六烷基吡啶（CPC）、N，N-二甲基氯化銨（DMAC），均為分析純，國藥集團有限公司生產。

1.2 改性電極制備

（1）CPC改性活性炭制備。取1 000 mL 1 mmol/L的CPC溶液和10 gPAC于25℃、160 r/min條件下混合攪拌 5、12、24h，然后過濾，再于 95℃烘干 24 h。

（2）電極制備。將 CB、PVDF、PAC 以一定的比例加入到有機溶劑DMAC中，攪拌均勻，然后涂抹在不銹鋼網上，再于95℃烘干12 h。

1.3 分析方法

采用電化學工作站（CHI 660E）對電極進行電化學性能測試，包括循環伏安測試、交流阻抗測試。采用電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-OES）測定砷濃度。……