一种电吸附脱盐用电极材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型电极吸附材料的制备方法，主要针对高盐废水脱盐开发了一种新型电极材料—即石墨-活性炭纤维复合电极，这种电极材料用于电吸附除盐效果好，且处理成本低。制作方法包括：将固体酚醛树脂溶于有机溶剂中制成酚醛树脂胶；将活性炭纤维毡研磨成粉末状；将称取的石墨粉和活性炭纤维粉末混合均匀，加入一定量的酚醛树脂胶，充分搅拌使胶与粉末混合均匀后压片成形；将电极材料放入电炉中，在N2保护条件下加热进行炭化，得到所需的石墨-活性炭纤维复合电极等步骤。使用该电极材料处理精制棉黑液、叶绿素铜钠生产废水及某化工废水处理结果表明：该方法对水体中COD和含盐量均有较大程度的降低，处理后水体可生化性得到明显改善。
【专利说明】—种电吸附脱盐用电极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理【技术领域】，尤其涉及一种新型电吸附电极材料，即石墨-活性炭纤维电极材料的制备方法，所制备的电极材料适用于高盐废水的脱盐工序。
【背景技术】
[0002]高盐废水是指总含盐量(以NaCl含量计)至少为1%的废水，这种废水含有多种物质(包括盐、油、有机重金属和放射性物质)，主要包括含盐工业废水、含盐生活污水和其他含盐废水。根据含盐废水来源可将含盐废水分为:
[0003](I)海水直接利用过程中排放的废水
[0004]包括海水作为工业冷却水、工业生产用水、城市生活用水。
[0005](2)工业废水
[0006]一些工业行业在生产过程中会排放出大量含盐有机废水，包括化学试剂的生产，石油、天然气的开采。化工生产在制造化学药剂，如杀虫剂、灭草剂等，印染，腌制和造纸过程中会产生大量的含盐废水。另外，开发石油、天然气也会产生高盐废水。这些废水中含有高浓度的盐，油，有机酸，重金属和放射性元素。
[0007](3)其他含盐废水
[0008]大型船舰上的污水是高含盐生活污水。某些地下水异常地区的天然水比一般淡水的含盐量还多，如河北平原部分地区浅层地下水为咸水，总溶解固体浓度可达5mg/L左右。另外，废水最少化也可能产生大量含盐废水。虽然废水最少化主张从源头减少废物量，但其过程无法控制废物的产生。结果，废物总体积减少，但其中的有机物和无机物浓度升高了。
[0009]在工业生产用水、农田灌溉用水及生活饮用水的标准中，对水的含盐量或总溶解固体含量都有明确而严格的限制性要求。因为它对工农业产品的质量和产率以及人体健康和生活有着重要的影响。降低或消除水中所含各种盐类、游离酸和碱的水处理方法是去离子法，一般统称为除盐。
[0010]水的除盐分为局部除盐和完全除盐(深度除盐)两种，从处理机理上分，除盐方法有以下几种类型:
[0011](I)热力法除盐。热力法除盐是以热力源为推动力，使原料水进行相变，进而获取淡水的方法。主要类型有蒸馏法和冷冻法。其中蒸馏法可分为多级闪蒸、多效蒸发、压汽蒸馏等。
[0012](2)化学法除盐。化学法除盐就是利用化学置换、萃取、沉淀等化学原理将水中的溶解性盐类物质去除或降低的过程，如离子交换法、药剂沉淀法等。
[0013](3)电-膜法除盐。电-膜法除盐是利用离子交换膜对溶质离子的选择透过特性，以电场力为推动力，在专门的装置中使电解质溶质与溶剂得到分离、提纯和浓缩。包括电渗析法、电去离子法等。
[0014](4)压力-膜法除盐。压力-膜法除盐是一种以外部压力为推动力、利用空隙致密膜的选择透过性，使水溶液的溶质与溶剂相分离的新型水质处理方法。包括反渗透膜法和纳滤膜法两种。前者可深度除盐，后者可局部除盐。
[0015](5)电吸附法除盐。电吸附法除盐系列用带电电极表面吸附水中带电粒子的作用，使水中盐类离子在电极表面富集浓缩与水分离，从而达到除盐的目的。
[0016](6)其他除盐法。其他除盐法多是利用物理化学原理进行的，如溶剂萃取法、水合物法等。
[0017]其中电吸附技术作为一种新型的水处理技术，在工作过程不需要使用大量的酸、碱溶液，在降低制水成本的同时，也不会对环境造成二次污染；工作电压低，不会产生电解，在保证去除效率的同时可以达到较高的得水率；原理简单，设备操作简单易行，自动化程度高；同时和反渗透等技术相比还具有良好的抗污染能力及较长的使用寿命，还可以避免经常性更换核心部件的麻烦。
[0018]目前用于电吸附除盐的电极主要有活性炭电极、碳气凝胶电极、碳纳米管电极等。其中活性炭电极对离子的吸附能力有限，除盐效果不理想，碳气凝胶和碳纳米管电极的除盐效果较好，但成本较高。
[0019]为了解决上述问题，本发明提供了一种新型电极材料的制备方法，这种电极材料用于电吸附除盐效果好，且处理成本低。
【发明内容】
[0020]本发明的目的在于，提供一种新型的电极材料，即石墨-活性炭纤维电极材料的制作方法。这种电极材料制作成本低，吸附能力强，用于电吸附除盐效果好。
[0021]本发明提供了一种新型电极材料的制作方法，该方法包括以下步骤:
[0022]步骤I，将固体酚醛·树脂溶于有机溶剂中制成酚醛树脂胶，浓度为0.15~0.55g/
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[0023]步骤2，将活性炭纤维毡研磨成粉末状。称取石墨粉和活性炭纤维粉末(质量比为1:7 ~20:7)。
[0024]步骤3，将称取的石墨粉和活性炭纤维粉末混合均匀，加入一定量的酚醛树脂胶(胶中酚醛树脂含量为电极材料质量的2~25%)，充分搅拌使胶与粉末混合均匀后压片成形。
[0025]步骤4，将电极材料放入电炉中，在N2保护条件下加热至700~1100°C，并保温0.5~3h进行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纤维电极材料。
[0026]进一步，本发明所述的一种新型电吸附电极材料的制作方法包括以下特征:
[0027]在步骤I中所用的胶为酚醛树脂溶于醇、环己烷等有机溶剂中的一种形成的溶液。
[0028]步骤2中，所用的活性炭纤维粉末是由片状的活性炭纤维毡研磨成的，且原材料中石墨粉与活性炭纤维粉末的质量比为1:7~20:7。
[0029]步骤3中，所用的胶黏剂的量与电极材料质量的比值为1:10~1:1。
[0030]步骤4中，电极的炭化需在N2保护条件下进行，炭化温度为700~1100°C，最适温度800~1000°C，炭化时间最佳为lh。
[0031]本发明的有益效果:由于高盐废水的可生化性差，需要除盐后才能进行进一步的处理，电吸附是一种有效的除盐方法，但目前广泛使用和研究的电极材料有处理效果一般或处理效果好但成本较高等问题。因此，这种新型的电极材料具有较好的电吸附除盐效果，且成本较低，应用于电吸附除盐能够解决其他电极材料存在的问题。
【具体实施方式】
[0032]首先将固体酚醛树脂溶于醇、环己烷等有机溶剂中制成酚醛树脂胶，浓度为
0.15~0.55g/mL。之后将活性炭纤维毡研磨成粉末状。称取石墨粉和活性炭纤维粉末(质量比为1:7~20:7)。然后将称取的石墨粉和活性炭纤维粉末混合均匀，加入一定量的酚醛树脂胶(胶中酚醛树脂含量为电极材料质量的5~50%，即胶黏剂的量与电极材料质量的比值为1:10~1:1)，充分搅拌使胶与粉末混合均匀后压片成形。将压片放入电炉中，在N2保护条件下加热至700~1100°C，并保温0.5~3h进行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纤维电极材料。
[0033]使用电极材料处理高盐废水时，将高盐废水通入电吸附装置，进行电吸附处理。其中电吸附装置中放入多对石墨-活性炭纤维电极，电极间距为1.5cm,电压为1.6V，接通电源60min后出水。电极对废水中的带电离子具有很好的吸附富集作用，并且能吸附一部分带电的有机物质，可以去除一部分C0D。可根据废水的含盐量控制电吸附装置中的电极对数。
[0034]实施实例:
[0035]具体实例一
[0036]将固体酚醛树脂溶于环己烷中制成酚醛树脂胶，浓度为0.25g/mL。之后将活性炭纤维毡研磨成粉末状。称取石墨粉和活性炭纤维粉末(质量比为13:7)。然后将称取的石墨粉和活性炭纤维粉末混合均匀，加入一定量的酚醛树脂胶(胶中酚醛树脂含量为电极材料质量的20%)，充分搅拌使胶与粉末混合均匀后压片成形。将压片放入电炉中，在N2保护条件下加热至850°C，并保温Ih进行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纤维电极材料。
[0037]将该电极材料用于某精制棉黑液脱盐工序。选用的精制棉黑液pH为12.5，COD为8040mg/L，电导率为2.66X 104iiS/cm。制棉黑液通入电吸附装置，在电压为1.6V，用两对电极进行电吸附，处理时间为60min。电吸附出水COD为2780mg/L，电导率为1.6X10VS/cm，COD去除率达到65.42%，除盐率为39.85%。
[0038]具体实例二
[0039]将固体酚醛树脂溶于乙醇中制成酚醛树脂胶，浓度为0.20g/mL。之后将活性炭纤维毡研磨成粉末状。称取石墨粉和活性炭纤维粉末(质量比为11:7)。然后将称取的石墨粉和活性炭纤维粉末混合均匀，加入一定量的酚醛树脂胶(胶中酚醛树脂含量为电极材料质量的15%)，充分搅拌使胶与粉末混合均匀后压片成形。将压片放入电炉中，在N2保护条件下加热至800°C，并保温Ih进行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纤维电极材料。
[0040]将该电极材料用于叶绿素铜钠生产废水脱盐工序。叶绿素铜钠生产废水通入电吸附装置，电压1.6V，处理时间60min，电极对数为I对时，出水的电导率由16250 y s/cm降至10250 u s/cm, Cl 浓度由 5667mg/L 降至 4405mg/L, COD 由 6600mg/L 降至 5900mg/L。由实验结果可以看出，电吸附对电导率和Cl-的去除率分别为36.92%和22.27%，对COD的去除率为 10.61%。
[0041]具体实例三[0042]将固体酚醛树脂溶于丙醇中制成酚醛树脂胶，浓度为0.20g/mL。之后将活性炭纤维毡研磨成粉末状。称取石墨粉和活性炭纤维粉末(质量比为12:7)。然后将称取的石墨粉和活性炭纤维粉末混合均匀，加入一定量的酚醛树脂胶(胶中酚醛树脂含量为电极材料质量的18%)，充分搅拌使胶与粉末混合均匀后压片成形。将压片放入电炉中，在N2保护条件下加热至880°C，并保温Ih进行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纤维电极材料。
[0043]将该电极材料用于某化工废水脱盐工序。选取的化工废水电导率为14400 u s/cm,Cl-浓度为4785mg/L，COD为38650mg/L。将化工废水通入电吸附装置，电压1.6V，处理时间60min，电极对数为4对时，出水电导率9800 u s/cm, Cl-浓度3167mg/L，COD为22360mg/L,去除率分别为 33.81%, 31.94% 和 42.15%。
[0044]以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，`均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种新型电吸附电极材料的制作方法，该方法包括以下特征: 步骤I，将固体酚醛树脂溶于有机溶剂中制成酚醛树脂胶。 步骤2，将活性炭纤维毡研磨成粉末状。按比例称取一定质量的石墨粉和活性炭纤维粉末。 步骤3，将称取的石墨粉和活性炭纤维粉末混合均匀，按比例加入酚醛树脂胶，充分搅拌使胶与粉末混合均匀后压片成形。 步骤4，将电极材料放入电炉中，在N2保护条件下加热至700~1100°C，并保温0.5~3h进行炭化，即得到所需的石墨-活性炭纤维电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种新型电吸附电极材料的制作方法特征在于:所述的胶为酚醛树脂溶于醇、环己烷等有机溶剂中的一种形成的溶液。
3.根据权利要求1所述的一种新型电吸附电极材料的制作方法特征在于:所用的活性炭纤维粉末是由片状的活性炭纤维毡研磨成的。
4.根据权利要求1所述的一种新型电吸附电极材料的制作方法特征在于:原材料中石墨粉与活性炭纤维粉末的质量比为1:7~20:7。
5.根据权利要求1所 述的一种新型电吸附电极材料的制作方法特征在于:所用的胶黏剂的量与电极材料质量的比值为1:10~1:1。
6.根据权利要求1所述的一种新型电吸附电极材料，可以用于高盐废水脱盐，如用于精制棉加工废水、叶绿素铜钠生产废水等高含盐化工污水的脱盐。
【文档编号】C02F1/469GK103570107SQ201310552842
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】周贵忠, 王绚 申请人:青岛科技大学