基于UiO-66的CDI极板及脱磷酸盐的装置和方法制造方法及图纸

一种基于UiO‑66的CDI极板及脱磷酸盐的装置和方法，属于环境工程及水处理领域。一种基于UiO‑66的CDI极板，包括集流体板和附着在集流体板上的UiO‑66吸附涂层，UiO‑66吸附涂层原料包括UiO‑66材料、导电剂和粘结剂。将基于UiO‑66的CDI极板可以配合基于UiO‑66的CDI极板的脱磷酸盐的装置，基于该装置进行脱磷酸盐的方法，该方法通过UiO‑66材料与CDI结合，通过UiO‑66材料的高比表面积，使得制备的基于UiO‑66的CDI极板能够表现出针对磷酸盐离子的高吸附能力。

【技术实现步骤摘要】
基于UiO-66的CDI极板及脱磷酸盐的装置和方法
本专利技术属于环境工程及水处理
，特别涉及一种基于UiO-66的CDI极板及脱磷酸盐的装置和方法。
技术介绍
金属有机骨架材料(Metal-OrganicFrame-works，MOFs)是一种由金属盐和有机配体通过配位键互相连接而形成的多孔无机-有机杂化材料。由于MOFs具有较高的比表面积，孔径可控和骨架易功能化等特点，在气体储存、气体分离、光催化、药物缓释和离子吸附等方面具有重要的用途。在众多MOFs材料中，UiO-66因为热稳定性较好，孔结构丰富从而备受关注。UiO-66是一种含有Zr的金属有机骨架材料，其化学式为Zr6O4(OH)4(CO2)12，UiO-66是以Zr4+为中心金属离子、以对苯二甲酸为配体，形成了由含Zr的正八面体与12个有机配体对垂直配位连接相连的材料。水体中磷酸盐含量过高会加速富营养化进程，在水资源的利用方面会引发多种问题。比如藻类的爆发，大型、群体的藻类大量繁殖生长会降低自来水厂过滤水的效率；水质恶化，水中溶解氧浓度急剧下降，缺氧会导致鱼类和无脊椎动物大批异常死亡；导致不良蓝藻开花，在特定条件下产生毒素，使家禽、水鸟大批死。最终破坏当地生物生态平衡，对社会经济造成负面影响，并对人类健康造成潜在威胁。现有的除磷技术如凝聚法、沉淀法、生物法等，存在着一些不可避免的的局限性，如动力学缓慢、捕获性能不足、特异性差、容易产生大量固体污泥造成二次环境风险等。吸附法由于相对简单的操作、可重复利用及运行成本低的特点，被认为是磷酸盐去除的优选工艺。吸附法可以通过吸附作用实现磷的分离，达到回收磷的目的，成为了研究磷酸盐修复的新途径。随着电化学技术的发展，电吸附在水处理中的应用日益广泛，可以去除污水中的重金属离子、难生物降解的有机物质以及放射性元素。电吸附处理稀溶液体系具有优势，而城市生活污水中的磷酸盐含量仅为15-30mg/L，电吸附技术在有机物的分离和回收、废水处理和水的深度净化、吸附剂的再生等方面有着显著的应用前景。CDI技术(CapacitiveDeionization电容去离子)是一项新型水处理技术，其利用表面双电层进行电容吸附去除水中电性物质，外加直流电压，通过静电力把液体中的电性物质吸附在正负电极上。吸附达到饱和时，让电极短路或者加反向电压(即放电)，吸附的电性物质成分便发生脱附，电极得到再生，但是现有的CDI技术容易出现极板浓差极化、容易结垢、离子去除率低等问题。对于处理含有磷酸盐的水体也存在脱除效率低，有二次污染的情况，尤其是对于低浓度磷酸盐水体的处理，效果更不佳。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于UiO-66的CDI极板及脱磷酸盐的装置和方法，是一种脱磷酸盐效率高，对环境二次污染小的解决方案。其通过选取合适的MOFs复合材料制备CDI的极板，并采取合理的模块搭建，形成CDI装置，并将其应用于去除水中难降解的微量磷酸盐，具有低成本、高效率的优点。本专利技术通过采用UiO-66材料制成CDI极板，实现了高效去除水中磷酸盐的目的。本专利技术通过UiO-66材料与CDI结合，通过UiO-66材料的高比表面积(经BET比表面积测得UiO-66材料比表面积可达1800m2g-1)，使得制备的CDI极板能够表现出针对磷酸盐离子的高吸附能力，能够吸附水体磷酸盐的浓度为15-50mg/g。本专利技术采用以下技术方案实现：一种UiO-66吸附涂层，包括UiO-66材料。所述的UiO-66吸附涂层，其原料还包括导电剂和粘结剂；按质量比，UiO-66材料：导电剂：粘结剂＝(18-16):1:1。所述的UiO-66吸附涂层中，采用的UiO-66材料的化学式为Zr6O4(OH)4(CO2)12，其具有三维孔洞结构，采用BET比表面积测定其比表面积为1600-1800m2g-1。所述的UiO-66材料的制备方法，采用溶剂热法，包括以下步骤：步骤(1)：将金属源ZrCl4和有机配体对苯二甲酸，加入有机溶液中，进行搅拌，得到混合液；其中，按摩尔比为：ZrCl4：对苯二甲酸＝(0.5-2.0):1；按摩尔比，有机溶液：对苯二甲酸＝1:(2-3)；步骤(2)：向混合液中，先加入调节剂搅拌均匀，得到反应溶液；其中，调节剂的加入体积为混合液的体积(8-12)％；步骤(3)：将反应溶液置于反应釜中，在110-130℃加热反应24h以上，得到反应产物，自然冷却至室温；向反应产物中加入甲醇进行清洗，去除产物中有机溶剂，固液分离，将产品干燥，得到白色粉末状的UiO-66材料。所述的步骤(1)中，所述的有机溶液为N，N-二甲基乙酰胺和/或乙醇，有机溶液的加入量占金属源ZrCl4和有机配体对苯二甲酸的质量比例为1-2mL/g。所述的步骤(2)中，所述的调节剂为乙酸水溶液或盐酸水溶液；所述的乙酸水溶液的质量浓度为35-40％，盐酸水溶液的质量浓度为35-40％。所述的步骤(3)中，固液分离采用离心分离或抽滤分离中的一种。进一步的，当调节剂为乙酸水溶液时，采用离心分离的方式；当调节剂为盐酸水溶液时，采用抽滤分离的方式。进一步的，所述的导电剂为炭黑、活性炭、乙炔黑、石墨、碳纳米管、炉黑中的一种或几种的混合物。进一步的，所述的粘结剂为聚烯烃化合物和/或含氟树脂，所述的烯烃化合物选用丁苯橡胶或羧甲基纤维素，所述的含氟树脂选用PVDF或PTFE，优选为PVDF。一种基于UiO-66的CDI极板，包括集流体板和附着在集流体板上的上述UiO-66吸附涂层。所述的基于UiO-66的CDI极板的制备方法，包括以下步骤：步骤1：按原料配比，称量原料，将UiO-66材料、导电剂、粘结剂混合均匀，得到混合物；步骤2：向混合物中加入调浆有机溶剂，充分搅拌均匀，得到浆料；步骤3：将浆料均匀涂覆在集流体板一侧，然后真空干燥，去除有机溶剂，使得集流体板一侧形成UiO-66吸附涂层，得到基于UiO-66的CDI极板。所述的步骤2中，所述的调浆有机溶剂为二甲基乙酰胺和/或乙醇，所述的溶剂的加入量占混合物质量的比例为1-2mL/g。所述的步骤2中，浆料的粘度为15-20s/25℃。所述的步骤3中，涂覆采用浸渍、喷涂、涂抹工艺中的一种。所述的步骤3中，所述的集流体板为石墨板或钛板中的一种，优选为石墨板。一种基于UiO-66的CDI极板的脱磷酸盐的装置，包括CDI电吸附模块、直流稳压电源和短接导线；所述的CDI电吸附模块至少包括两块基于UiO-66的CDI极板，并且两块基于UiO-66的CDI极板中涂覆有UiO-66吸附涂层的一侧相对设置；在吸附磷酸盐时，两块基于UiO-66的CDI极板和直流稳压电源形成通路；当脱附磷酸盐时，两块基于UiO-66的CDI极板和和短接导线形成通路。所述的CDI电吸附模块包括若干个依次排列的基于UiO-66的CDI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种UiO-66吸附涂层，其特征在于，该UiO-66吸附涂层的原料包括UiO-66材料、导电剂和粘结剂；/n按质量比，UiO-66材料：导电剂：粘结剂＝(18-16):1:1。/n

【技术特征摘要】
1.一种UiO-66吸附涂层，其特征在于，该UiO-66吸附涂层的原料包括UiO-66材料、导电剂和粘结剂；
按质量比，UiO-66材料：导电剂：粘结剂＝(18-16):1:1。


2.根据权利要求1所述的UiO-66吸附涂层，其特征在于，所述的UiO-66吸附涂层中，采用的UiO-66材料的化学式为Zr6O4(OH)4(CO2)12，其具有三维孔洞结构，采用BET比表面积测定其比表面积为1600-1800m2g-1。


3.根据权利要求1所述的UiO-66吸附涂层，其特征在于，所述的导电剂为炭黑、活性炭、乙炔黑、石墨、碳纳米管、炉黑中的一种或几种的混合物。


4.根据权利要求1所述的UiO-66吸附涂层，其特征在于，所述的粘结剂为聚烯烃化合物和/或含氟树脂。


5.一种基于UiO-66的CDI极板，其特征在于，该基于UiO-66的CDI极板包括集流体板和附着在集流体板上的权利要求1-4任意一项所述的UiO-66吸附涂层。


6.根据权利要求5所述的基于UiO-66的CDI极板，其特征在于，所述的集流体板为石墨板或钛板中的一种。


7.权利要求5所述的基于UiO-66的CDI极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：
按原料配比，称量原料，将UiO-66材料、导电剂、粘结剂混合均匀，得到混合物；
步骤2：
向混合物中加入调浆有机溶剂，充分搅拌均匀，得到浆料；
步骤3：
将浆料均匀涂覆在集流体板一侧，然后真空干燥，去除有机溶剂，使得集流体板一侧形成UiO-66吸附涂层，得到基于UiO-66的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵研，郎朗，胡筱敏，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21