摘要：采用自制的炭氣凝膠平板電極進行模擬水樣中氟的電吸附去除研究，通過單因子實驗優(yōu)化了該電吸附技術(shù)的操作參數(shù)和適用的溶液條件，并研究了反接電極法的再生效果。研究結(jié)果表明，自制的炭氣凝膠平板由納米顆粒組成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比表面積為670.90 m2/g，具有良好的充放電可逆性和迅速形成表面雙電層的特點。靜態(tài)電吸附除氟效果最佳的條件為：水樣氟離子濃度6 mg/L，pH 7.0，極板間距4 cm，電壓1.6 V；共存物質(zhì)硝酸根、腐殖酸、碳酸根和碳酸氫根等對氟離子的電吸附具有一定的促進作用。
吸附氟離子后的炭氣凝膠材料的比表面、孔體積、電容值有所減小。對于吸附氟離子后的炭氣凝膠平板電極，采用反接電極法取得較好再生效果的條件為：流動狀態(tài)、電壓1.6 V、極板間距4 cm。再生后的炭氣凝膠電極與原始炭氣凝膠相比，依然具有良好的充放電可逆性。
目前，氟離子是我國地方地下水源中較為嚴重的污染物，其在飲用水中的適宜濃度為0.5~1.0mg/L。據(jù)研究，全國約有7700萬人飲用含氟量超過1.0 mg/L的地下水，其中近500萬人的飲用地下水含氟量超過5.0 mg/L，從而導致我國十分廣泛的地方病地方性（飲水性）氟中毒的蔓延。對于飲用性地下水中氟離子的去除的主要技術(shù)包括：混凝沉淀、吸附、電凝聚、電滲析和反滲透等，其中吸附技術(shù)因其去除效率高，效果穩(wěn)定而被廣泛應(yīng)用，成為最為常用的除氟方法。
近年來，電吸附技術(shù)作為一種低能耗的清潔技術(shù)而成為研究的熱點，其在咸水脫鹽、工業(yè)廢水中除鎘等重金屬方面已被研究或應(yīng)用。該技術(shù)的原理是施加外加電場時，帶電離子在電泳作用下移動到帶相反電荷的電極上，在電極表面附近產(chǎn)生雙電層，從而達到吸附去除水中污染離子的目的；而且電吸附技術(shù)的電極再生方式較為方便，一般可以采用反接電極法進行脫附再生。
在電吸附技術(shù)中，電極材料一般采用活性炭、活性炭纖維、炭氣凝膠和碳納米管等炭材料。其中，炭氣凝膠因其具有良好的導電性、高的比表面（600~1000m2/g）及孔隙率（80%~98%），從而有望成為極具潛力的新型的電極材料。
鑒于電吸附技術(shù)具有的優(yōu)勢和炭氣凝膠材料作為電極吸附材料的優(yōu)良性能，本研究主要針對飲用水源的氟離子污染問題，研究平板炭氣凝膠電極電吸附除氟技術(shù)的操作條件和溶液條件對除氟效果的影響，優(yōu)化該電吸附除氟技術(shù)的參數(shù)，并進一步研究電極反接法的再生效果，為電吸附除氟技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
1實驗部分
1.1實驗材料
1.1.1炭氣凝膠
采用分析純的間苯二酚、甲醛、碳酸鈉和丙酮等試劑，依據(jù)文獻的方法程序，在常壓條件下制備平板炭氣凝膠。其中，以間苯二酚與甲醛反應(yīng)物在碳酸鈉溶液的催化下制備出有機濕凝膠，然后在常溫常壓下每12小時換一次丙酮，經(jīng)過,次置換出有機濕凝膠中的水分，再進行高溫炭化后，即生成平板的炭氣凝膠。
1.1.2含氟水樣
實驗中的含氟模擬水樣采用氟化鈉（分析純）在105°C條件下烘2h，溶解于蒸餾水中配制，對應(yīng)的氟離子濃度分別為2、4、6、8和10mg/L。此外，水樣中的共存有機物和無機離子分別采用腐殖酸和硫酸鈉、碳酸鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉和硝酸鈉等（均為分析純）試劑進行調(diào)節(jié)。
1.2電吸附實驗裝置
氟離子電吸附實驗裝置如圖+所示，主要由電吸附池、電極和直流穩(wěn)壓電源構(gòu)成。其中有機玻璃電吸附池的尺寸為35mm*（30、40、50、60、70）mm*45mm。在靜態(tài)實驗中，該裝置進出水口密封；在動態(tài)實驗中，含氟水在蠕動泵的驅(qū)動下由池體下部進水口進入池中，經(jīng)對面隔板上部的出水口流出，并在池外循環(huán)流動。陽極選用自制炭氣凝膠材料，尺寸為45mm*35mm*（2~3）mm。陰極最初選用石墨電極，因?qū)嶒炛饕剂刻繗饽z材料在電吸附過程中對于氟離子的吸附效果，因此后換為自制的炭氣凝膠電極。直流穩(wěn)壓電源為北京大華無線電儀器廠的DH1715A-3型電源。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
詳情請點擊下載附件：平板炭氣凝膠電極電吸附除氟
