電吸附技術去除重金屬三價鉻離子的研究3500字

1、電吸附技術去除重金屬三價鉻離子的研究3500字 摘要三價鉻的電吸附去除研究說明：在溶液pH值較低時，Cr3+的電吸附受到H+的競爭吸附，Cr3+的電吸附適宜的溶液pH值為7。Cr3+的物理吸附吸附過程符合二級動力學方程，Cr3+的電吸附過程符合一級動力學方程。電吸附相對物理吸附可以進步電極的吸附容量，Cr3+的物理吸附的飽和吸附量為3.07mg/g，1.2V時電吸附容量為7.58mg/g。Cr3+的電吸附循環(huán)性能良好，可以保持電吸附容量長期穩(wěn)定。關鍵詞電吸附 炭電極 Cr3+廢水的鉻有三價鉻和六價鉻。含鉻廢水主要在機器制造、冶金、金屬加工、電鍍、顏料、制革以及其他工業(yè)消費過程中排放的。鉻對人和

2、溫血動物的危害主要表達為：致毒作用、刺激作用、累積作用、變態(tài)反響、致癌作用和致突變作用等。?污水綜合排放標準?中規(guī)定總鉻的排放濃度限值為1.5mg/L。含鉻工業(yè)廢水的處理方法有離子交換法、電解法、鐵氧體法和活性炭吸附法等。EST(Electro-Sorb Technology)，中文謂電吸附技術，它是利用帶電電極外表吸附水中離子及帶電粒子的現(xiàn)象，使水中溶解鹽類及其它帶電物質(zhì)在電極的外表富集濃縮而實現(xiàn)水的凈化/淡化的一種新型水處理技術1-3。電吸附原理見圖1，原水從一端進入陰陽極組成的空間，從另一端流出。原水在陰、陽極之間流動時受到電場的作用，水中帶電粒子分別向帶相反電荷的電極遷移，被該電極吸附

3、并儲存在雙電層內(nèi)。隨著電極吸附帶電粒子的增多，帶電粒子在電極外表富集濃縮，最終實現(xiàn)與水的別離，使水中的溶解鹽類及其它帶電物質(zhì)滯留在電極外表，獲得凈化/淡化的出水4，5。電吸附除鹽技術，目前主要用于常規(guī)的無機離子的去除，如Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、NO3-等，對于常規(guī)無機離子的去除獲得了較好的效果，并逐漸在理論中應用6，7。重金屬離子也是帶電荷的污染物，因此也可采用電吸附技術進展去除，目前國內(nèi)外采用電吸附去除重金屬的研究較少。本文設計了Cr3+的電吸附試驗，研究了溶液pH對Cr3+電吸附去除的影響、Cr3+的吸附動力學、Cr3+的吸脫附穩(wěn)定性。1、實驗局部1.1實驗裝置電吸

4、附實驗裝置見圖2，裝置由電吸附模塊、直流電源、蠕動泵和溶液槽等組成。電吸附模塊中的炭電極由常州愛思特凈化設備提供。模塊由1對電極組成，電極的尺寸為70 mmx80 mmx1.5 mm，兩片電極之間的水流通道的間距為4 mm。1.2實驗局部研究不同pH值溶液中，研究電極對Cr3+的吸附量。在最正確pH值條件下，研究不同的電壓對電極吸附量的影響，并得到電吸附去除Cr3+的吸附動力學。2、結(jié)果與討論2.1 pH對三價鉻電吸附的影響在極對電壓為1.2V，正負電極之間的間隔 為4mm，Cr3+初始濃度為520mg/L(10mmol/L)，溶液的體積為600mL，研究原溶液pH值對Cr3+電吸附的影響，結(jié)

5、果見圖3。由圖3可知，隨著pH值的增加，Cr3+的吸附容量逐漸增加。這是由于在酸性條件下，H+濃度較大，H+與Cr3+產(chǎn)生競爭吸附，電極吸附了局部H+，那么Cr3+的吸附容量降低。另外，pH值過大那么產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀，因此電吸附實驗的溶液的pH宜采用67，下文的實驗都是控制原溶液的pH值為7.0。2.2三價鉻吸附動力學三價鉻的吸附動力學曲線見圖4。由圖4可知，不同電壓下對鉻吸附動力學曲線根本可以分為兩個階段：(1)快速吸附階段，在090min期間，Cr3+被快速吸附到電極內(nèi)部的孔道中，到90min時，吸附量根本到達了飽和吸附量的90%。(2)慢速吸附階段，隨著電極孔道內(nèi)逐漸被Cr3+充滿

6、，電極內(nèi)部吸附電位減少，那么吸附速率變得比擬緩慢。快速吸附階段的吸附量根本決定了飽和吸附量的大小。由圖4可知，Cr3+的物理吸附的飽和吸附量可以到達3.07mg/g，電吸附是在物理吸附飽和的根底上進展的，Cr3+物理吸附飽和后，加上0.6V的電壓仍然能繼續(xù)吸附3.43mg/g，電壓升至1.2V時，電吸附量到達7.58mg/g，1.2V的電吸附容量為0.6V的2.21倍，由此可見電吸附可以極大的進步電極吸附才能。Cr3+的吸附動力學曲線，分別用一級吸附速率方程和二級吸附速率方程進展線性回歸，回歸的曲線分別見圖5和圖6，根據(jù)吸附動力學方程所求的動力學參數(shù)見表1。由圖5、圖6及表1可知，從擬合的飽和

7、吸附量來看，物理吸附二級動力學擬合的飽和吸附量接近試驗的飽和吸附量;而對電吸附而言，電吸附一級動力學擬合的飽和吸附量接近試驗的飽和吸附量。同時，從相關性系數(shù)來看，物理吸附的二級動力學相關系數(shù)高于一級動力學的相關系數(shù);而對于電吸附來講，那么是相反的。因此，說明Cr3+的物理吸附是借助電極外表的官能團而被吸附，電吸附那么是借助電場推動力的作用被吸附的電極外表，即物理吸附和電吸附的機理是存在區(qū)別的。2.3三價鉻電吸附/脫附循環(huán)電吸附吸附常規(guī)的無機鹽離子具有良好的吸附和脫附性能，具有較好的循環(huán)性。而電吸附對Cr3+的吸附和脫附性能需要進展驗證。試驗在1.2V電壓下，原溶液Cr3+濃度為520mg/L(

8、10mmol/L)，吸附到達飽和后，對電極進展短接，此時Cr3+從電極中脫附出來。循環(huán)20個周期后，電吸附容量隨周期的變化見圖7。由圖7可知，Cr3+的電吸附容量在第1周期時為7.30mg/g，第5周期時電吸附容量為6.87mg/g，下降了5.9%。此后下降速度較慢，到第20周期時，電吸附容量為6.76mg/g，即電吸附容量已經(jīng)變得平穩(wěn)。主要原因是在初始的幾個周期中，局部Cr3+被吸入到電極深部的微小孔道中，未能脫附出來。隨著周期數(shù)的增加，進入電極深部且未能脫附的量較少，因此此時電吸附容量已經(jīng)逐漸保持穩(wěn)定。3、結(jié)論(1)在溶液pH值較低時，Cr3+的電吸附受到H+的競爭吸附，所以Cr3+的電吸

9、附適宜的pH值為7。(2)電吸附相對物理吸附可以進步電極的吸附容量，物理吸附對Cr3+的飽和吸附量為3.07mg/g，0.6V電壓的電吸附容量為3.43mg/g，電壓升至1.2V時，電吸附量到達7.58mg/g，1.2V的電吸附容量為0.6V的2.21倍。Cr3+的物理吸附吸附過程符合二級動力學方程。(3)Cr3+的循環(huán)吸附說明，循環(huán)吸附性能良好。僅在前幾個周期，少量離子進入內(nèi)部孔道，難以脫附出，吸附量下降明顯;下降趨勢隨周期數(shù)增加逐漸平緩。電吸附由于優(yōu)良的重復吸附性能，因此在重金屬污染治理領域有著廣闊的應用前景。參考文獻1 E. J. Bain， J. M. Calo， S. S. Rube

10、n， et al. Electrosorption/Electrodesorption of Arsenic on a Granular Activated Carbon in thePresence of Other Heavy Metals. EnergyFuels， 2022， 24， 3415-3421.2 孫曉慰， 朱國富. 電吸附水處理技術(EST)的原理及構成J. 工業(yè)用水與廢水， 2002， 33(4)： 18-20.3 孫曉慰， 朱國富. 電吸附水處理技術及設備J. 工業(yè)水處理， 2002， 22(8)： 1-3.4 劉海靜， 張鴻濤， 孫曉慰. 電吸附法去除地下水中離子的試驗研究J. 中國給排水. 2022， 19(11)： 36-38.5 莫劍雄，陳福明. 電容吸附去離子方法的研究J. 水處理技術，2022，33(8)： 20-22.6 J. H. Richardson， J. C. Farmer， D. V. Fix， et al. Capacitive Deionization SystemC. Proceeding of the Seventh National Technology Transfe