一种电还原去除地下水中三氯乙烯的方法技术

本发明专利技术涉及一种电还原去除地下水中三氯乙烯的方法。该方法首先将含三氯乙烯的水体引入双室双电极电化学去除装置的阴极室中，调节阴极室的pH为5.8～6.4；阳极室电解质为8～10 g/L的硫酸钠溶液；通电后，保持电压为2.5V进行化学处理，根据现有的国家标准，确定终止化学处理的时间。本发明专利技术通过分子印迹技术处理，使双极膜在阳膜一侧具有对TCE的选择吸附性能，以此提高电极对TCE的还原效率。在Ti‑mesh上沉积单质钯，提升了电极对TCE的加氢脱氯性能。将Pd@Ti‑mesh复合于双极膜阳膜一侧，实现电极与膜零极距，水解产生的H+可以直接到达阴极，提高电极表面H+含量，促进电极对TCE的还原速率。

A method of removing trichloroethylene from groundwater by electroreduction

【技术实现步骤摘要】
一种电还原去除地下水中三氯乙烯的方法
本专利技术涉及一种地下水中三氯乙烯的去除
，具体涉及一种电还原去除地下水中三氯乙烯(TCE)的方法。
技术介绍
三氯乙烯(TCE)是一种典型的氯代有机物(COCs)，常作为脱脂剂、清洗剂、合成中间体和清洗剂等被广泛应用于机械、电子、纺织、医药、化工等行业生产中。其具有高渗透和持久性，可由地表逐步渗透至地下水，在我国及其他国家地下水中被频繁检出。另外，动物实验和流行病学调查表明，TCE具有“三致”作用并可强烈抑制人体中枢神经，对地下饮用水安全和人体健康存在极大威害，已被包括中国在内的多个国家列入了优先监测和控制污染物名单。因此，去除地下水中的TCE具有重要的现实意义。目前，TCE去除方法主要包括化学还原、吸附、生物降解、高级氧化以及电化学氧化等。而上述方法均具有一定的缺点，如吸附只是将TCE由水体转向吸附剂，而并没有将其彻底去除；生物降解法易受到环境因素的影响，易出现去除效果不稳定现象；而高级氧化法往往需要消耗大量化学试剂，且在处理过程中易产生含氯小分子物质，其在后续处理过程中难以去除。近年来，电还原法因具有反应条件温和、易于控制、脱氯效率高、环境友好、脱氯产物简单等优点，常被用于选择性去除TCE中的Cl(C-Cl键是COCs具有持久性和毒性的主要原因)，以降低TCE毒性和持久性，并得到了科研工作者的广泛关注。其反应过程如方程1-4所示(M:电极表面，ads下标表示吸附态)：2H2O(H3O+)+2e-+M→2(H)adsM+2OH-(H2O)产Hads(1)R-Cl+M→(R-Cl)adsMR-Cl吸附(2)2(H)adsM+(R-Cl)adsM→(R-H)adsM+HCl加氢脱氯反应(3)(R-H)adsM→R-H+MR-H脱附(4)据文献报道，自上世纪80年代至今，载有金属氧化物的钛网电极，泡沫镍电极，以及由铁为阳极，泡沫铜、泡沫镍为阴极的电还原系统对含TCE地下水进行了去除研究，取得了较好的去除效果，但地下水残留TCE浓度难以达到我国地下饮用水TCE含量标准(70μg/L)，且存在电流效率偏低、能耗较高等问题。其主要原因在于：1)痕量TCE难以在电极表面富集：TCE由水体向电极传质是电还原的一个关键过程，低浓度物质具有较低的传质速率，当TCE浓度由20mg/L降至1mg/L时，其传质速率也会由1g/s·m2降至0.05g/s·m2，这使得痕量TCE难以在电极表面被富集，进而无法有效去除TCE；2)电极无选择吸附性能：上述电极对TCE无选择吸附性能，使得大量共存物质(如腐殖酸)被吸附至电极表面，直接消耗电子或Hads，导致TCE去除率和电流效率降低。因此有必要开发一种新的电极来提高TCE在电极表面的富集率，提高电极对TCE的选择性吸附特性，降低共存有机物干扰，提高电流效率、降低能耗。
技术实现思路
本专利的目的在于提高地下水中痕量TCE的去除效率，使地下水中TCE浓度达到我国饮用水标准(低于70μg/L)，并提高电流效率，降低能耗。为实现本专利目的而采用的技术方案是：1、将含TCE的水体引入双室双电极电化学去除装置的阴极室中，用稀硫酸和氢氧化钠溶液调节阴极室的pH为5.8～6.4。阳极室电解质为8～10g/L的硫酸钠溶液。2一直流电源为去除装置提供电压，并保持电压为2.5V。化学处理时间为120～240min。跟踪监测采样。根据现有的国家标准与地下水饮用、使用要求，确定终止化学处理的时间。本专利技术使用的含TCE水体为模拟废水，最大的初始浓度为1000μg/L。相关数据显示，电化学处理的时间越长，模拟废水中TCE浓度(μg/L)越低，而去除率(％)越高。当模拟废水初始浓度小于1000μg/L时，TCE浓度下降的更多，去除率更高，化学处理的时间更短。不同浓度的TCE水体，经本技术方案处理，可符合我国地下饮用水TCE含量标准(70μg/L)。本专利技术所述的双室双电极电化学去除装置，为双室结构，采用双极膜(BPM)、载钯钛网(Pd@Ti-mesh)复合而成的复合电极BPM/Pd@Ti-mesh为阴极，该阴极将装置分隔成阴极室与阳极室；使用的阳极为钛板。本专利技术所述的所述的钛板为40目的钛网。本专利技术所述的复合电极BPM/Pd@Ti-mesh，首先将掺杂TCE的磺化聚砜和聚乙烯醇(PVA)混合溶液流延至商品化阴离子交换膜上，形成双极膜(BPM)；其次，将制备好的载钯钛网(Pd@Ti-mesh)复合至BPM的磺化聚砜层一侧；之后，将其放置真空干燥箱内，使磺化聚砜和PVA经120-160℃热交联后得到稳定的BPM/Pd@Ti-mesh电极，最后经丙酮和乙醇洗脱BPM/Pd@Ti-mesh电极表面TCE后，得到具有TCE分子印迹的BPM/Pd@Ti-mesh电极。本专利技术所述的双极膜(BPM)，是采用流延法在商品化阴离子交换膜上流延一层掺杂TCE的磺化聚砜(作为阳离子交换膜)获得。本专利技术所述的商品化阴离子交换膜为NeoseptaAM-1型阴离子交换膜。本专利技术所述的磺化聚砜的磺化度为80。本专利技术所述的Pd@Ti-mesh，制备方法为：将Ti-mesh剪切为方片状，并用稀硫酸和丙酮去除其表面污垢，一片Ti-mesh和一根碳棒平行插入250mL4g/L的PdCl2溶液中，施加0.1-0.2A的电流，5-10min后取出Ti-mesh，用超纯水冲洗后在烘箱中45℃烘干得到Pd@Ti-mesh电极。技术方案设计说明：因Pd对Hads有良好的吸附储存能力，且对脱氯加氢有催化作用，而Ti-mesh具有良好的化学稳定、导电等性能，因此，沉积Pd的Ti-mesh电极可通过脱氯加氢反应有效去除TCE。双极膜(BPM)是一种由阴阳离子交换膜复合而成的新型离子交换膜，其在电场力作用下可将水解离为H+和OH-，水解电压为0.828V，远低于电极表面水解电压(2.082V)，且解离过程不产生H2和O2，可减少产H+能量损失。通过对BPM的阳离子层进行分子印迹改性，使得BPM同时具有印迹膜的性能，提高电极对TCE的选择吸附性能，在低浓度TCE条件下，提高TCE在电极表面的富集，并可减弱共存物质干扰，进而提高TCE去除率和电流效率。电极性能检测：1、复合电极选择吸附性能分析：电极的选择吸附性能主要得益于其复合的双极膜的阳膜一侧所具有的分子印迹功能，相较于无分子印迹的电极，可表现出对TCE良好的选择吸附性能。实验结果表明，其最好吸附容量可达0.40mg/g。印迹膜复合电极与非印迹膜复合电极对同种混合溶液(TCE，三氯乙烷，氯乙烯)的吸附结果表明，单位质量的印迹膜复合电极吸附TCE的量比三氯乙烷与氯乙烯多，这表明印迹膜复合电极对TCE具有较强的分子识别及记忆能力，同时印迹膜与非印迹膜相比，表现出更强的吸附TCE性能。非印迹膜复合电极对TCE，三氯乙烷，氯乙烯的吸附性能大致一样，不存在对TCE的选择吸附性能。2、电极的耐酸碱性能检测：用浓硫酸和氢氧化钠配制pH为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0、10.0、11.0、12.0的水溶液，将制备Pd@Ti-mesh电极分别置于不同pH的溶液中，考察电沉积的钯在不同pH条件下是否有脱落现象。经过4.0h浸泡，在所有pH条件下均未发现单质钯脱落现象。此实验结果表明P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电还原去除地下水中三氯乙烯的方法，其特征是：1）将含三氯乙烯（TCE）的水体引入双室双电极电化学去除装置的阴极室中，用稀硫酸和氢氧化钠溶液调节阴极室的pH为5.8～6.4；阳极室电解质为8～10 g/L的硫酸钠溶液；2）一直流电源为处理装置提供电压，保持电压为2.5V，处理时间为120～240 min，跟踪监测采样，根据现有的国家标准，确定终止处理时间。

【技术特征摘要】
1.一种电还原去除地下水中三氯乙烯的方法，其特征是：1）将含三氯乙烯（TCE）的水体引入双室双电极电化学去除装置的阴极室中，用稀硫酸和氢氧化钠溶液调节阴极室的pH为5.8～6.4；阳极室电解质为8～10g/L的硫酸钠溶液；2）一直流电源为处理装置提供电压，保持电压为2.5V，处理时间为120～240min，跟踪监测采样，根据现有的国家标准，确定终止处理时间。2.根据权利要求1所述的一种电还原去除地下水中三氯乙烯的方法，其特征是所述的双室双电极电化学去除装置，为双室结构，采用双极膜（BPM）和载钯钛网（Pd@Ti-mesh）复合而成的电极BPM/Pd@Ti-mesh为阴极，该阴极将装置分隔成阴极室与阳极室，阳极为钛板。3.根据权利要求2所述的一种电还原去除地下水中三氯乙烯的方法，其特征是所述的复合电极BPM/Pd@Ti-mesh，首先将掺杂TCE的磺化聚砜和聚乙烯醇（PVA）混合溶液流延至商品化阴离子交换膜上，形成双极膜（BPM）；其次，将制备好的载钯钛网（Pd@Ti-me...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀兴，戴丽萍，严樟，陈日耀，
申请(专利权)人：福建师范大学泉港石化研究院，
类型：发明
国别省市：福建,35