一种利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法技术

本发明专利技术公开一种利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法。该方法包括以下步骤：将ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法


[0001]本专利技术涉及水体中重金属铬的分离去除
，尤其是涉及一种利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法。

技术介绍

[0002]水资源是维系动植物和人类生存繁衍的必要条件。随着工业和农业现代化的发展，重金属铬往往会通过开采、冶炼、加工以及农业生产等进入水体中，引起严重的重金属污染。重金属铬不能被分解，极易通过生物链在生物体内富集，对动物和人体造成很大的伤害，由此带来的食品安全及人体健康风险成为社会的重大问题。因此，治理铬污染的水体一直是国内外瞩目的热点研究课题。传统的重金属铬去除技术往往具有操作复杂、流程较为繁琐、处理效果差等缺点。因此，亟待开发出一种新的工艺简单、且处理效果好的重金属铬的去除方法。
[0003]电容去离子(capacitive deionization，CDI)是一种基于现代电化学双电层电容的电吸附脱盐技术。相较于其他同领域内的技术，CDI具有能耗低、设备简单、操作方便、使用寿命长、环境友好等优势。它被广泛运用于海水淡化、工农业用水除盐和生活用水除盐的方面。但电容去离子技术缺乏在铬离子分离富集方面的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法，解决现有技术中重金属铬的去除技术流程繁琐、处理效果差的技术问题。
[0005]一种利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法，包括以下步骤：
[0006]ZIF
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8特性吸附碳材料的制备：将ZIF
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8衍生多孔碳材料与萃取剂、分散剂混合后进行振荡吸附，随后依次经固液分离、水洗、干燥，得到ZIF
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8特性吸附碳材料；
[0007]电极板的制备：将ZIF
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8特性吸附碳材料、粘结剂和有机溶剂混合均匀，随后将得到的混合浆体均匀涂覆在集电极两面，干燥后得到电极板；
[0008]水体中六价铬的吸附：将若干组电极板平行置于电容去离子模块中，将平行排列的电极板分别接通到直流电源正负极上，然后将待处理的含六价铬溶液通入电容去离子模块中进行处理，并使含六价铬溶液在装置中循环，以对水体中六价铬进行吸附。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0010]本专利技术基于ZIF
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8特性吸附碳材料电极的电容去离子技术对含铬溶液中不同离子的吸附差异达到对六价铬及其他杂质离子进行分离富集的目的，具有流程较短，操作简单的特点；ZIF
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8衍生多孔碳材料作为CDI装置的电极材料，具有可逆性和双电层性，并具有优良的电化学性能；进一步负载萃取剂后对六价铬及其他杂质离子具有更好的分离效果，同时，处理过程中通电电压仅为0.6～1.5V，且吸附过程无氧化还原反应，故能耗较低；吸附处理过程不需要使用化学试剂，不会因大量化学试剂的使用对水体造成二次污染，对环境十分友好。
具体实施方式
[0011]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0012]本专利技术提供一种利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法，包括以下步骤：
[0013]S1、ZIF
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8特性吸附碳材料的制备：将ZIF
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8衍生多孔碳材料与萃取剂、分散剂的混合后进行振荡吸附，随后依次经固液分离、水洗、干燥，得到ZIF
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8特性吸附碳材料。
[0014]S2、电极板的制备：将ZIF
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8特性吸附碳材料、粘结剂和有机溶剂混合均匀，随后将得到的混合浆体均匀涂覆在集电极两面，干燥后得到电极板。
[0015]S3、水体中六价铬的吸附：将若干组电极板平行置于电容去离子模块中，将平行排列的电极板分别接通到直流电源正负极上，然后将待处理的含六价铬溶液通入电容去离子模块中进行处理，并使含六价铬溶液在装置中循环，以对水体中六价铬进行吸附。
[0016]S4、电极板上六价铬的脱附：吸附结束后，将电容去离子模块中的溶液排净，通入稀硫酸，去除杂质离子，再排净稀硫酸后，通入反萃取剂，然后分别将连接到直流电源正负极的电极板短接或反接，并使反萃取剂在装置中循环，脱附处理结束后，得到富铬溶液。
[0017]本实施方式中，ZIF
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8特性吸附碳材料的制备步骤中，ZIF
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8衍生多孔碳材料通过以下步骤制备得到：
[0018]S11、ZIF
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8晶体的制备：将六水合硝酸锌与无水甲醇混合均匀，得到溶液A；将2
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甲基咪唑与无水甲醇混合均匀，得到溶液B；将溶液A和溶液B混合均匀，随后依次将混合液进行抽滤、无水甲醇洗涤、干燥，得到ZIF
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8晶体；其中，混合液中，六水合硝酸锌与2
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甲基咪唑的物质的量之比为1:1.5～2.3。在本专利技术的一些具体实施方式中，溶液A中，六水合硝酸锌与无水甲醇的固液比为1g:20～50mL；2
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甲基咪唑与无水甲醇的固液比为1g:20～80mL。
[0019]S12、ZIF
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8衍生多孔碳材料的制备：将ZIF
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8晶体在惰性气体的保护下碳化，冷却后依次进行酸洗、水洗、干燥，得到ZIF
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8衍生多孔碳材料；其中，碳化过程中，惰性气体为氮气，升温速率为5～10℃/min，碳化温度为850～950℃，碳化时间为2～4h；酸洗过程中，所用的酸为浓度为3～8M的HCl溶液。
[0020]本实施方式中，ZIF
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8特性吸附碳材料的制备步骤中，萃取剂为四丁基氯化铵(TBAC)，体积分数为10％～75％；分散剂为乙醇、正己烷、三氯甲烷、甲基异丁基酮中的一种；萃取剂与分散剂的体积比为1：(0.5～2)；ZIF
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8衍生多孔碳材料与萃取剂和分散剂的混合溶液的固液比1g:5～20mL；振荡吸附的时间为2～12h。
[0021]本实施方式中，电极板的制备步骤中，粘结剂为聚偏氟乙烯；粘结剂的加入量占ZIF
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8特性吸附碳材料质量的5％～20％；有机溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、乙醇中的至少一种；ZIF
‑
8衍生多孔碳材料与有机溶液的固液比为1g:5～20mL；集电极为高纯石墨片或涂层钛电极板。
[0022]本实施方式中，水体中六价铬的吸附步骤中，电极板的间距为0.2～1.0cm；直流电源电压为0.6～1.5V，使用蠕动泵将平行电极板间溶液的流速控制为10～50mL/min；含六价铬溶液中，pH为0.5～4，优选为0.5～2；六价铬主要以HCr2O7‑
、Cr2O
72
‑
、CrO
42
‑
、HCrO4‑
、H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法，其特征在于，包括以下步骤：ZIF
‑
8特性吸附碳材料的制备：将ZIF
‑
8衍生多孔碳材料与萃取剂、分散剂混合后进行振荡吸附，随后依次经固液分离、水洗、干燥，得到ZIF
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8特性吸附碳材料；电极板的制备：将ZIF
‑
8特性吸附碳材料、粘结剂和有机溶剂混合均匀，随后将得到的混合浆体均匀涂覆在集电极两面，干燥后得到电极板；水体中六价铬的吸附：将若干组电极板平行置于电容去离子模块中，将平行排列的电极板分别接通到直流电源正负极上，然后将待处理的含六价铬溶液通入电容去离子模块中进行处理，并使含六价铬溶液在装置中循环，以对水体中六价铬进行吸附。2.根据权利要求1所述利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法，其特征在于，所述ZIF
‑
8特性吸附碳材料的制备步骤中，ZIF
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8衍生多孔碳材料通过以下步骤制备得到：ZIF
‑
8晶体的制备：将六水合硝酸锌与无水甲醇混合均匀，得到溶液A；将2
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甲基咪唑与无水甲醇混合均匀，得到溶液B；将溶液A和溶液B混合均匀，随后依次将混合液进行抽滤、无水甲醇洗涤、干燥，得到ZIF
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8晶体；ZIF
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8衍生多孔碳材料的制备：将ZIF
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8晶体在惰性气体的保护下碳化，冷却后依次进行酸洗、水洗、干燥，得到ZIF
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8衍生多孔碳材料。3.根据权利要求2所述利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法，其特征在于，所述混合液中，所述六水合硝酸锌与2
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甲基咪唑的物质的量之比为1:1.5～2.3；所述碳化过程中，所述惰性气体为氮气，升温速率为5～10℃/min，碳化温度为850～950℃，碳化时间为2～4h；所述酸洗过程中，所用的酸为浓度为3～8M的HCl溶液。4.根据权利要求1所述利用电容去离子技术分离富集六价铬的方法，其特征在于，所述ZIF
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8特性吸附碳材料的制备步骤中，萃取剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：包申旭，李俊杰，张聂榕，张弛，刘悦，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：