活性炭纤维电极对不同阳离子电吸附行为的试验研究

王翠 马爱鹏

目前国内外工业应用的除盐方法主要有膜分离法（电渗析和反渗透）、离子交换和蒸馏法等，每种方法都有一定的适用范围和优缺点，因此，新的除盐方法在不断的开发中。电吸附就是一种新型的除盐技术，其工作原理是在外加电场作用下，溶液和电极的交界面上形成一双电层，通过静电力作用将溶液中的离子储存在双电层中，而电场一旦撤销，被吸附的离子又会返回到溶液中，使电极得到再生。电吸附除盐与现行的除盐法相比具有以下优点：与电渗析和反渗透相比，电吸附不需要膜，更容易操作；与离子交换相比，电极不需要酸、碱再生，所以减少了二次污染；与蒸馏相比，电吸附所需要的能耗更低。所以电吸附技术被广泛关注，并开展了诸多领域的应用研究。

1 材料及方法

1.1 活性炭纤维电极的制备

采用辽宁森鑫活性炭纤维厂生产活性炭纤维，厚度1mm，首先将活性炭纤维剪成31cm*12cm大小，放入纯水中煮沸2小时，以去除其水溶性和挥发性物质，然后在纯水中浸泡24小时，挤干水，在烘箱中120℃烘24小时以除表面杂质，之后用塑料网格做支撑，即得活性炭纤维电极。

1.2 实验装置及分析方法

取两块活性炭纤维电极，中间由塑料网格隔开后一同置入用硅胶板做成的密封圈内，电极两头用导线与直流稳压电源连接，电极外侧加设如同电渗析的塑料电极极框，在极框两端开设进出水孔，再由两块不锈钢板压紧，由此组成电吸附装置。

取制作好的一对电极置入电吸附装置中，电压调至2V，电极间距调为1mm，进水流速控制在0.56m/min左右，每隔1min测出水电导率。高位水箱的实验用水用为以下条件：

1.2.1 分别用去离子水配置氯化钠与硝酸银溶液，其浓度均为730μS/cm。

1.2.2 分别用去离子水配置硫酸铜与硫酸铅溶液，其浓度均为730μS/cm。

1.2.3 用去离子水配置氯化铁溶液，其浓度为730μS/cm。

图1 不同离子的电吸附作用对比图

邯郸自来水（电导率680-730μS/cm），试验中采用DDS-11电导率仪测定产水电导率，电压和电流分别在仪表上直接读取。

2 试验结果及分析

2.1 活性炭纤维电极对一价阳离子的去除

从图1上可以看出，钠离子的去除率整体要比银离子的去除率要高一点。钠离子的最高去除率可达33%之多，银离子的去除率也达到了30%，说明本实验的电吸附装置对一价金属阳离子的去除是较好的，尤其对离子半径小的离子。图中去除率的变化曲线证明了电吸附对离子半径小的离子更具有吸附作用。

2.2 活性炭纤维电极对二价阳离子的去除

由图2可知活性炭纤维电极在一定参数下铜离子的去除率要比铅离子的除盐率高一些，表明电吸附对铜离子的吸附效果好。而铜离子与铅离子的除盐率都超过了20%，说明本实验的吸附装置对二价金属阳离子的去除效果很好，尤其对铜离子的除盐效果更好。因此加证明了，同二价态的金属阳离子，离子半径越小，吸附效果越好。

图2 对不同离子的电吸附作用

2.3 活性炭纤维电极对三价阳离子的去除

图3 对铁离子的电吸附作用

从图3可以看出，在电吸附工作初期，三价铁离子的出水电导率下降迅猛，而后的第2min三价铁离子的出水电导率下降至最低点为412μS/cm，比原水电导率730μS/cm低318μS/cm之多，说明电吸附在这工作的2min时间内三价铁离子大量被吸附到双电层内，工作出水水质也比较好。随着电吸附工作时间的增长，其出水电导率则是慢慢爬升且涨幅不大。此时表明，电吸附的双电层还在吸附三价铁离子，在慢慢接近双电层吸附的饱和状态，因此，再延长工作时间，对三价铁离子的去除效果不是很明显。本图反应了电吸附技术对三价铁离子的吸附容量大，去除三价铁离子良好的去除效果。

3 结论

3.1 对一价态金属溶液氯化钠和硝酸银的电吸附表明：电吸附更能吸附溶液中离子半径小的钠离子溶液，对钠离子的去除效果要更好一些，其去除率为20%。

3.2 对二价态金属溶液硫酸铜和硫酸铅的电吸附表明：电吸附吸附溶液中铜离子的速率比铅离子的要快，因此对铜离子的去除效果要更好一些，也再一次证明了离子半径越小的离子越容易被吸附。

3.3 对三价态金属溶液氯化铁的电吸附表明：高价态金属三价铁离子能快速被吸附到双电层内，并且电吸附对三价铁离子的吸附量比较大，出水水质比较好，去除率也高，其去除率高达30%之多。

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