單壁碳納米管不銹鋼網(wǎng)片電極對(duì)水溶液中重金屬離子的去除研究.pdf

1、重金屬是當(dāng)前最重要的水體污染物之一,同時(shí)也是寶貴的資源。隨著工業(yè)的快速發(fā)展,重金屬?gòu)U水的排放量日益增大,對(duì)環(huán)境和人體健康造成了極大威脅。目前常用的重金屬?gòu)U水處理方法包括化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜分離法和吸附法等,但各方法都不同程度地存在處理費(fèi)用高、易造成二次污染等問(wèn)題。電化學(xué)法是近60年發(fā)展起來(lái)的另一類水處理技術(shù),具有能耗低、無(wú)二次污染等特點(diǎn),在處理重金屬?gòu)U水方面具有很大的潛力。
　　 碳納米管(CNTs)是1991年發(fā)現(xiàn)的一種

2、新型碳材料,具有高比表面積、良好導(dǎo)電性和高機(jī)械強(qiáng)度,已在吸附處理水體污染物中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。不銹鋼是一種常見(jiàn)的金屬導(dǎo)電材料,耐酸堿性、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性均優(yōu)良。本論文利用電泳沉積法(EPD)制備了沉積有單壁碳納米管(SWCNTs)的不銹鋼網(wǎng)片(SSN)電極(SWCNTs@SSN)；并對(duì)此電極的耐腐蝕性、機(jī)械強(qiáng)度、表面特征及導(dǎo)電性進(jìn)行考察。利用SWCNTs@SSN電極分別對(duì)含鉻離子、鉛離子的水溶液、以及含鉻、鉛、鎳、銅和鎘的混合溶液、

3、實(shí)際含鉛廢水等溶液中的重金屬進(jìn)行了去除研究。分別討論了溶液pH、處理時(shí)間、應(yīng)用電壓以及電解質(zhì)濃度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)各金屬離子去除率的影響。探討了鉻、鉛離子在SWCNTs@SSN電極表面的去除機(jī)理。利用去電壓、施加反相電壓以及酸泡的方法對(duì)處理重金屬后的SWCNTs@SSN電極進(jìn)行再生研究。并對(duì)含鎳廢水的去除進(jìn)行了初步的研究。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:
　　 應(yīng)用電壓2.5V、pH4.0、電解質(zhì)硫酸鈉濃度10g/L是鉻離子去除的最佳條件。初

4、始Cr(Ⅵ)濃度為6.13mg/L、pH為2.0～4.5時(shí)處理240min后Cr(Ⅵ)的去除率在99.9％以上。pH4.0時(shí)總鉻(Total chromium.TCr)具有最好的去除率96.9％。Cr(Ⅵ)和TCr去除率隨電壓的升高而增大,隨電解質(zhì)濃度的升高先增大后減小。鉻離子的去除量與SWCNTs@SSN電極表面SWCNTs的量成良好的正相關(guān)關(guān)系。在處理鉻后的電極上施加一反相電壓,鉻可從電極表面脫附,Cr(Ⅵ)和TCr的脫附率分別為9

5、2.3％和94.9％。鉻去除機(jī)理研究表明,Cr(Ⅵ)的去除是因其在陰極被還原成為Cr(Ⅲ)；陽(yáng)離子Cr(Ⅲ)在陰極表面的吸著可能是TCr去除的主要原因。
　　 電壓2.0V、pH6.0、電解質(zhì)硝酸鈉濃度5g/L是鉛離子去除的最佳實(shí)驗(yàn)條件。鉛去除率隨電壓的升高而增大,隨電解質(zhì)濃度的升高先增大后減小,去除速率隨pH的升高而加快。初始鉛離子濃度在20～150mg/L時(shí),經(jīng)過(guò)90min后鉛離子去除率均在97.2％以上。處理鉛后的SWCN

6、Ts@SSN電極可經(jīng)酸泡的方式再生。鉛離子的去除是因其在陰極發(fā)生了還原反應(yīng)。pH5.0、應(yīng)用電壓2.0V、水力停留時(shí)間60min條件下,SWCNTs@SSN電極對(duì)實(shí)際含鉛廢水具有良好的去除效果,廢水中的鋁離子和鐵離子可同時(shí)被去除。
　　 應(yīng)用電壓2.5v、pH8.0、電解質(zhì)硫酸鈉濃度10.0g/L是鎳離子去除的最佳實(shí)驗(yàn)條件。鎳離子在酸性條件下沒(méi)有去除,鎳去除率隨電壓的升高而增大,隨電解質(zhì)濃度的升高先增大后減小。鎳離子去除量與SW

7、CNTs@SSN電極表面SWCNTs的量成良好的正相關(guān)關(guān)系。去除鎳后的SWCNTs@SSN電極可經(jīng)過(guò)酸泡的方式再生。對(duì)含鎳電鍍廢水的處理研究表明,廢水溶液pH被調(diào)為10.0時(shí),電化學(xué)處理240min后電鍍廢水中的鎳離子形成Ni(OH)2聚集在電極表面,溶液中鎳離子濃度可從120mg/L降至14.8mg/L,去除率達(dá)87.6％。
　　 利用SWCNTs@SSN電極對(duì)不同pH下含有鉻、鎘、鉛、鎳和銅離子的混合溶液進(jìn)行去除研究,結(jié)果表