电活性反应布及其制备方法与流程

本发明涉及电化学领域，特别涉及一种电活性反应布及其制备方法。
背景技术：
：随着工业的发展，人类有限的水资源正受到日益的威胁。清除水体中的有毒有害化学物质，如多氯联苯、多环芳烃、有机氯农药、表面活性剂等成为水污染控制领域的一项重要工作。根据污染物在处理过程中的变化特征，一般废水处理分为3种类型：分离处理、消解处理和稀释处理。分离处理只是将污染物从一相转移到另一相，不能使污染物得到彻底分解；而稀释处理只是通过稀释废水来减轻水体的污染，不会改变污染物的化学性质；消解处理则是通过化学方法使污染物转化为无害的或可分离的物质，是将污染物进行的彻底转化，因此随着环保技术的发展和对水体质量要求的提高，消解处理越来越受到重视。电化学技术处理环境污染物就是新近发展起来的环境污染控制技术之一，电化学技术具有运行成本低、效率高，不产生二次污染，设备简单，兼具气浮、絮凝、杀菌，尤其对难生物降解有毒污染物的去除非常有效，是目前国内外研究较为活跃的领域。在电沉积工艺中，通常采用石墨、碳芯片和碳纤维等作为反应器阴极材料，而采用碳钢、铜、镀铂钛、不锈钢和石墨等作为阳极材料。电催化反应器是电化学处理废水技术中的一个重要的发展方向。电催化反应器一般为固定形式的二维或三维电极形式，对反应装备和电极板加工形式有较高要求，而且现有的电催化反应器主要为硬质固态材料，弯曲变形情况下极易损坏，而且在安装使用维护过程中需要耗费较多的人力物力。技术实现要素：本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供一种电活性反应布及其制备方法，该电活性反应布能够对污废水进行深度处理，降低污染物含量。根据本发明的一个方面，提供一种电活性反应布，该电活性反应布由石英棉基体嵌有阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布形成，3<n<10，其中阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布分别外接电源的阴阳两级，并在石英棉基中平行设置，且阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布通过铜导线进行连接。其中，阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布由Ti-TinO2n-1-PbO2复合金属丝经石英棉丝缠绕后形成的复合纤维编织而成，阴极Ti-IrO2·RuO2反应布由Ti-IrO2·RuO2金属丝经石英棉丝缠绕后形成的复合纤维编织而成。其中，电活性反应布内还含有吸附材料，吸附材料填充于电活性反应布的纤维的间隙内，吸附材料的用量为100-150g/L。其中，吸附材料包括硅胶和镍包铜粉，镍包铜粉分散位于硅胶中，镍包铜粉的分布密度为150-200g/L，硅胶中二氧化硅的含量大于等于98％，镍包铜粉中镍含量为30％。其中，石英棉基体的厚度为0.8-1.2cm。其中，阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布的间距为0.8-1.2cm。根据本发明的另一方面，提供电活性反应布的制备方法，包括以下步骤：制备Ti-TinO2n-1复合金属丝。以Ti-TinO2n-1复合金属丝为基体电极作为阳极，进行恒流电沉积，制备Ti-TinO2n-1-PbO2复合金属丝。选取Ti-IrO2·RuO2金属丝。在Ti-TinO2n-1-PbO2复合金属丝和Ti-IrO2·RuO2金属丝表面分别缠绕石英棉丝形成两种复合纤维，将两种复合纤维分别纺织成布，形成阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布。将阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布分离设置，并分别与电源的两极相接，并使用铜导线连接阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布。用石英棉丝作为纺线，织成石英棉基体，将阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布、阴极Ti-IrO2·RuO2反应布在原位进行包裹，形成电活性反应布。其中，制备方法还包括形成电活性反应布之后的步骤：在电活性反应布中填充硅胶吸附材料，用2-3MPa压力压实，对电活性反应布进行升级。其中，制备Ti-TinO2n-1复合金属丝的步骤包括：选取毫米级钛金属丝作为基体，使用高压气体携带亚氧化钛粉末撞击钛金属丝，在钛金属丝表面形成TinO2n-1涂层，生成Ti-TinO2n-1复合金属丝，气体压力为2.0MMPa，气温为180℃，送粉电压为20V。其中，制备Ti-TinO2n-1-PbO2复合金属丝的步骤包括：以Ti-TinO2n-1复合金属丝为基体电极作为阳极，以Ti-IrO2·RuO2作为阴极，放入PbO2电镀液中进行恒电流沉积，在阳极生成Ti-TinO2n-1-PbO2复合金属丝，PbO2电镀液的配方为：200g/LPb(NO3)2，0.5g/LNaF，0.1mol/LHNO3；恒电流沉积的工艺条件为：电镀温度为65℃，电流密度为200Am-2，反应时间为30min。本发明具有以下有益效果：1)将电极制作成一维线性形式，可较为容易的实现电极弯曲，弯曲度可达90-120度，施工操作简单，便于维护修理。2)使用石英棉纺织成布，其高温下强度保持率高、尺寸稳定、抗热震性、化学稳定性、透光性及电绝缘性好。3)阴阳两极依次编织平行排列，极大地提高了电极的利用效率。4)吸附材料主体为硅胶(mSiO2·nH2O)，其吸附容量大，吸附、脱碳速度快，吸附选择性强，分离系数高。在硅胶吸附材料中掺入定量的镍包铜粉等导电颗粒，让其均匀分布，通过适度的压力使导电颗粒接触，充当电子传导介质，达到良好的导电性能。5)电活性反应布的制备方法简单，对设备要求低，原料价廉易得，便于在实际生产中大规模应用，具有较高的实用化价值。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了根据本发明实施方式的电活性反应布的阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布的Ti-TinO2n-1-PbO2复合金属丝的扫描电镜图谱；图2示出了根据本发明实施方式的电活性反应布处理废水污染物时对全氟羧酸的处理效率。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。实施例1电活性反应布的制备方法：取直径为3mm的钛金属丝作为基体，进行表面超声清洗15min，干燥后通过高压气体将携带的亚氧化钛粉末撞击Ti金属丝基体，在Ti金属丝基体的表面形成TinO2n-1涂层，生成Ti-TinO2n-1复合金属丝，气体压力为2.0MMPa，气温为180℃，送粉电压为20V。以Ti-TinO2n-1复合金属丝为基体电极作为阳极，以尺寸稍大于Ti-TinO2n-1金属丝的Ti-IrO2·RuO2(Ti基上涂敷IrO2和RuO2)作为阴极，将Ti-TinO2n-1复合金属丝表面超声清洗15min，将Ti-TinO2n-1复合金属丝和Ti-IrO2·RuO2放入PbO2电镀液中进行恒流电沉积，使得PbO2在阳极沉积，形成Ti-TinO2n-1-PbO2复合金属丝。PbO2电镀液配方及恒流电沉积的工艺条件为：200g/LPb(NO3)2，0.5g/LNaF，0.1MHNO3；65℃，200Am-2，30min。在电沉积时保持搅拌，并及时清除在阴极析出的金属Pb。将Ti-TinO2n-1-PbO2复合金属丝作为阳极材料，选用直径为4mm的Ti-IrO2·RuO2金属丝(Ti金属丝上涂敷IrO2和RuO2)作为阴极材料，用10um级的石英棉丝紧密缠绕Ti-TinO2n-1-PbO2复合金属丝和Ti-IrO2·RuO2金属丝表面，形成两种不同的复合纤维，以该两种复合纤维为纺线，分别织成阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布。将两种反应布平行并间隔1cm设置，并将Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布分别与电源的两级相接，再用铜导线连接将阳极Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布彼此连接，然后使用100um级的石英棉丝对Ti-TinO2n-1-PbO2反应布和阴极Ti-IrO2·RuO2反应布进行原位置纺织包裹，形成石英棉基体，从而制得电活性反应布。将掺有镍包铜粉的硅胶吸附材料填充于电活性反应布的纤维的间隙中，用2.5MPa压力进行压实，完成对电活性反应布的电活性升级。保持电活性反应布的厚度为1.2cm，根据实际所需，将其裁剪成不同长度和宽度的成品备用。实验例1在北京市清河某一支流河段对实施例1制备的电活性反应布进行污/废水处理效果试验。控制上游污染源，在测试水域共设置5道与水流截面相当的柔性电活性反应布，每隔20米设置一道，用绳子和木桩加以捆绑固定。试验水域水面宽度为5米，水深2米，长度100米。将柔性电活性反应布的阴阳两极外接电源，保持电流密度为20mAcm-2，连续通电工作24小时，并在测试水域适当进行表面机械曝气。经处理，该水域水质从V类水变为IV类水。主要指标变化如下表1：表1：污/废水中各项污染物的含量指标处理前mg/L处理后mg/LCODCr2815.6930.7BOD59.36.1氨氮1.91.4总磷0.30.2硫化物1.00.4氰化物0.20.1氟化物1.21.0实验例2选取东莞市东江某一支流继续进行实施例1制备的电活性反应布的污/废水处理效果试验。测试水域的水面宽度为3米，水深1.5米，长度100米。保持其他条件与实验例1一致。经处理，该水域水质从IV类水变为III类水。主要指标变化如下表2：表2：污/废水中各项污染物的含量指标处理前mg/L处理后mg/LCODCr2898.7818.6BOD57.64.2氨氮1.41.0总磷0.40.2硫化物0.40.2氰化物0.20.1氟化物1.01.0实验例3选取白洋淀某一湖面继续进行实施例1制备的电活性反应布的污/废水处理效果试验。控制测试水域面积为0.1平方公里，水深4米，将柔性电活性反应布与水面平行设置，共设上、下两层，上层电活性反应布距水面0.5米，下层电活性反应布距水面2米，每层布的长度均为10米，宽均为20米，保持其他条件与实验例1一致。经处理，该水域水质从V类水变为IV类水。主要指标变化如下表3：表3：污/废水中各项污染物的含量指标处理前mg/L处理后mg/LCODCr2637.4728.2BOD59.15.5氨氮1.61.0总磷0.40.2硫化物1.00.5氰化物0.20.1氟化物1.21.0以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3