一种用CuS改性碳布电极电化学回收六价铬的方法技术

一种用CuS改性碳布电极电化学回收六价铬的方法，涉及一种电化学回收六价铬的方法。本发明专利技术是要解决现有的电化学方法去除六价铬去除率低和去除速率较慢的技术问题。本发明专利技术制备的CuS改性碳布电极具有较高的电化学活性面积，有利于电子的传输，能够将六价铬快速的还原为无毒的三价铬，同时实现对带正电的三价铬的吸附，在降解2h时可以吸附90％的三价铬。本发明专利技术通过静电吸附的作用使得呈现负电荷的CuS改性碳布电极高效的吸附带正电的三价铬实现对铬资源的回收。本发明专利技术使用的电化学技术简单、快速、绿色，没有二次污染。本发明专利技术应用于去除污水中的六价铬和回收三价铬。

【技术实现步骤摘要】
一种用CuS改性碳布电极电化学回收六价铬的方法
本专利技术涉及一种电化学回收六价铬的方法。
技术介绍
全球污染物多种多样，但重金属污染物一直是重中之重，重金属污染物严重危害着人类及其它动植物的健康。重金属污染物如果在没有经过处理的情况下排入河中，将对环境构成严重的威胁。而铬作为重金属污染物中危害较大的一种，俨然成为各个国家的重点处理对象，对有关铬的废水排放和饮用水中的铬含量都有严格的规定。其中，中国在《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中规定，废水排放的铬总量不得超过1.5mg/L，六价铬应低于0.5mg/L，《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定生活饮用水中六价铬的含量最高为0.05mg/L。铬不仅具有普遍性和高毒性，还是危险废物场所中最常检测到10种地下水污染物之一，也是14种毒性最大的重金属之一。世界癌症协会早已将六价铬化合物划分为一种致癌率非常高的物质。六价铬如果直接裸露在空气中，可引起多种疾病，并且会同时增加动物和人类肺癌和胃癌的发病率。人类和动物也会因为消化道吸收或者皮肤接触了受六价铬污染的水，而患严重的疾病。目前对于Cr6+的去除方法有物理吸附法、铬的化学修复法、硫化物还原法、铁盐法、电凝法、铬的生物修复法等方法，但都有其不足之处：例如化学修复过程受pH的影响范围很大，在酸性条件下方有效果，可是去除率不能达到完全；同样，铁盐法、电凝法对于铬的去除率也不能到达完全去除的目的，而生物修复法受条件的限制不能大范围使用。在此基础上，结合各领域的不足，具有导电性能的廉价材料与电化学修复的结合材料弥补了这一缺陷，电催化被认为是最好的还原方法，而廉价的碳布材料的改性与电化学的结合展现出了良好的去除Cr6+性能，为提高Cr6+的去除率和广泛应用打了下基础。由于有多种存在形态，铬的价态分布范围较广，一般为-2～+6，但主要的形态还是Cr3+和Cr6+。铬的毒性会随其价态的变化而变化，且差异较大。Cr3+主要以Cr(OH)3胶体或者在中性或碱性环境中沉淀，在污泥中稳定存在，所以流动性差，同时也是人体中必不可少的微量营养元素，在人类的生长发育、代谢过程等都占有十分重要的地位。三价铬是人体内葡糖糖耐量因子的主要成分之一，一方面可以加快人体内糖和脂肪的代谢速度，另一方面对软化血管、降低血脂、减少血清总胆固醇、增加对人体有益的高密度脂蛋白、降低对人体无益的低密度脂蛋白和甘油三酸酯也有一定的帮助，成人一天内需要摄入的三价铬的量是50μg～200μg。而六价铬易溶于水，通常以含氧阴离子状态存在(如Cr2O72-、CrO42-、HCrO4-)，所以在水中和土壤中的迁移性很大。基于六价铬和三价铬的性质不同，六价铬的毒性可以达到三价铬的100倍，因此，在受控条件下，Cr(VI)转化为Cr(III)是修复Cr(VI)污染的一种有效方法。适用于含六价铬废水的还原方法包括光催化还原、光电催化还原、电化学还原和化学还原，其中要么需要高能量，要么需要化学还原试剂，这使得还原六价铬的过程复杂化，并可能由其中添加的化学试剂对环境造成二次污染。电化学去除废水中的重金属是一种不产生二次污染物的清洁方法。因此，使用电化学方法将六价铬还原成三价铬并回收三价铬是非常必要的。还原硫化物是常见的还原剂，半导体硫族化合物纳米结构由于其特殊的光学和电子性质以及它们在不同领域都存在很大的应用潜力，尤其是铜硫族化合物。硫化铜(CuS)由于其低毒性、低成本、广泛的组成和晶体结构使得在很多领域都有其应用。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的电化学方法去除六价铬去除率低和去除速率较慢的技术问题，而提供一种用CuS改性碳布电极电化学回收六价铬的方法。本专利技术的用CuS改性碳布电极电化学回收六价铬的方法是按以下步骤进行的：一、将碳布在浓硝酸水溶液中浸泡24h～25h，然后用去离子水冲洗至中性，再在80℃～85℃下烘干2h～2.5h，得到酸性的碳布；二、将五水硫酸铜和硫代乙酰胺一起溶于去离子水中搅拌30min～40min，得到混合溶液，然后放入聚四氟乙烯高压釜中，再将入步骤一制备的酸性的碳布完全浸没到混合溶液中，在180℃～190℃反应12h～13h，然后取出碳布用去离子水洗涤，再在80℃～90℃下干燥3h～4h，得到CuS改性碳布电极；所述的五水硫酸铜和硫代乙酰胺的质量比为1:(1～1.2)；所述的五水硫酸铜的质量与去离子水的体积比为1g:(150mL～170mL)；三、将步骤二制备的CuS改性碳布电极作为工作电极，铂电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，将待降解的含有六价铬的金属废水作为电解液，组成三电极系统，在-1V～-1.3V的电压下降解，降解时间为2h～3h。本专利技术制备的CuS改性碳布电极具有较高的电化学活性面积，有利于电子的传输，能够将六价铬快速的还原为无毒的三价铬，同时实现对带正电的三价铬的吸附，在降解2h时可以吸附90％的三价铬。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术使用的电化学技术简单、快速、绿色，没有二次污染；2、本专利技术通过将具有还原性的半导体纳米CuS负载在碳布电极上，增加了碳布电极的电化学活性面积，加快了电子传输的效率，高效的去除废水中的六价铬，将高毒性的六价铬转变为无毒的三价铬；CuS改性碳布电极对六价铬的去除效率是裸碳布电极的29.9倍；CuS改性碳布电极对三价铬的吸附效率是裸碳布电极的4.8倍；3、本专利技术通过静电吸附的作用使得呈现负电荷的CuS改性碳布电极高效的吸附带正电的三价铬实现对铬资源的回收；4、本专利技术为碳布电极的设计和制作提供了新的思路，为其在电化学系统中的应用提供了新的思路。附图说明图1是试验一的步骤一中未经过任何处理的碳布放大10000倍的SEM图；图2是试验一的步骤二中制备的CuS改性碳布电极放大10000倍的SEM图；图3是试验二中裸碳布电极和试验一中CuS改性碳布电极对六价铬的去除率对比图；图4是试验二中裸碳布电极和试验一中CuS改性碳布电极对铬元素的去除率对比图；图5是循环伏安图；图6是去除速率对比图；图7为试验一的步骤三中在降解前和降解2h后，CuS改性碳布电极中S元素的XPS图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式为一种用CuS改性碳布电极电化学回收六价铬的方法，具体是按以下步骤进行的：一、将碳布在浓硝酸水溶液中浸泡24h～25h，然后用去离子水冲洗至中性，再在80℃～85℃下烘干2h～2.5h，得到酸性的碳布；二、将五水硫酸铜和硫代乙酰胺一起溶于去离子水中搅拌30min～40min，得到混合溶液，然后放入聚四氟乙烯高压釜中，再将入步骤一制备的酸性的碳布完全浸没到混合溶液中，在180℃～190℃反应12h～13h，然后取出碳布用去离子水洗涤，再在80℃～90℃下干燥3h～4h，得到CuS改性碳布电极；所述的五水硫酸铜和硫代乙酰胺的质量比为1:(1～1.2)；所述的五水硫酸铜的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用CuS改性碳布电极电化学回收六价铬的方法，其特征在于用CuS改性碳布电极电化学回收六价铬的方法是按以下步骤进行的：/n一、将碳布在浓硝酸水溶液中浸泡24h～25h，然后用去离子水冲洗至中性，再在80℃～85℃下烘干2h～2.5h，得到酸性的碳布；/n二、将五水硫酸铜和硫代乙酰胺一起溶于去离子水中搅拌30min～40min，得到混合溶液，然后放入聚四氟乙烯高压釜中，再将入步骤一制备的酸性的碳布完全浸没到混合溶液中，在180℃～190℃反应12h～13h，然后取出碳布用去离子水洗涤，再在80℃～90℃下干燥3h～4h，得到CuS改性碳布电极；/n所述的五水硫酸铜和硫代乙酰胺的质量比为1:(1～1.2)；/n所述的五水硫酸铜的质量与去离子水的体积比为1g:(150mL～170mL)；/n三、将步骤二制备的CuS改性碳布电极作为工作电极，铂电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，将待降解的含有六价铬的金属废水作为电解液，组成三电极系统，在-1V～-1.3V的电压下降解，降解时间为2h～3h。/n

【技术特征摘要】
1.一种用CuS改性碳布电极电化学回收六价铬的方法，其特征在于用CuS改性碳布电极电化学回收六价铬的方法是按以下步骤进行的：
一、将碳布在浓硝酸水溶液中浸泡24h～25h，然后用去离子水冲洗至中性，再在80℃～85℃下烘干2h～2.5h，得到酸性的碳布；
二、将五水硫酸铜和硫代乙酰胺一起溶于去离子水中搅拌30min～40min，得到混合溶液，然后放入聚四氟乙烯高压釜中，再将入步骤一制备的酸性的碳布完全浸没到混合溶液中，在180℃～190℃反应12h～13h，然后取出碳布用去离子水洗涤，再在80℃～90℃下干燥3h～4h，得到CuS改性碳布电极；
所述的五水硫酸铜和硫代乙酰胺的质量比为1:(1～1.2)；
所述的五水硫酸铜的质量与去离子水的体积比为1g:(150mL～170mL)；
三、将步骤二制备的CuS改性碳布电极作为工作电极，铂电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，将待降解的含有六价铬的金属废水作为电解液，组成三电极系统，在-1V～-1.3V的电压下降解，降解时间为2h～3h。


2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨利明，刘光珍，罗旭彪，易根平，邵鹏辉，石慧，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36