將聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極應(yīng)用于重金屬離子吸附的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于重金屬離子的吸附處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種將聚吡咯/殼聚糖復(fù) 合電極應(yīng)用于重金屬離子吸附的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 重金屬因具有良好的物理性質(zhì)，在社會生產(chǎn)、生活中得到廣泛的應(yīng)用。但是，重金 屬同樣帶來了嚴(yán)重的污染問題。重金屬污染物具有的顯著特征是:來源廣泛、易累積、殘留 時間較長、難以被生物降解。重金屬離子進(jìn)入環(huán)境后不僅對水生生物構(gòu)成威脅，而且往往參 與食物鏈，能富集到較高濃度，并最終危害到人類的健康。因此，如何科學(xué)有效的處理重金 屬離子已成為人們研究的熱點(diǎn)之一。
[0003] 電容法去離子技術(shù)(CDI)是利用電極充/放電時的靜電作用對溶液中的陰/陽離子 進(jìn)行吸/脫附，來實(shí)現(xiàn)離子的去除?，F(xiàn)階段，CDI技術(shù)多用于海水淡化方面。CDI的核心部件是 性能優(yōu)良的電極材料，主要包括碳材料、過渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物三類。其中，研究較 多的導(dǎo)電聚合物除了具有本身的高分子特性之外，還兼具了因摻雜而帶來的半導(dǎo)體或?qū)w 的特性。
[0004] 目前，處理重金屬廢水常用的方法有化學(xué)沉淀法、氧化還原法、吸附法、離子交換 法、生物處理法、電滲析等。其中，吸附法因取材容易，成本低廉，去除效果好而受到廣泛使 用。但是，對于脫附過程（以酸脫附為例），要消耗掉大量酸溶液，這就造成吸附劑再生成本 的提尚。
[0005] 本發(fā)明所使用的聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極已通過之前的發(fā)明專利（【申請?zhí)枴?201610008198.7)制備得到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種將聚吡咯/殼聚糖復(fù) 合電極應(yīng)用于重金屬離子吸附的方法，同時提供了聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極材料的再生方 法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種將聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極應(yīng)用于重金屬離子吸附的方法，將連接電源負(fù)極 的聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極和連接電源正極的對電極置入待吸附的溶液中，接通電源，攪拌 溶液，開始吸附過程。
[0009] 所述電源為直流電源，所述對電極為石墨電極，作為陽極。
[0010] 所述聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極通過如下方式制備：
[0011] (1)稱取一定量的殼聚糖均勻分散到乙酸溶液中，攪拌，加入摻雜劑，反應(yīng)一定時 間后，將溶液pH調(diào)至4;
[0012] (2)向步驟（1)所得溶液中逐滴加入FeCl3溶液，反應(yīng)一定時間后，緩慢加入吡咯， 之后將混合溶液定容、攪拌、靜置；
[0013] (3)將步驟(2)所得溶液調(diào)至中性，攪拌、真空抽濾、水洗濾餅，并置于真空干燥箱 中干燥至膏狀，得到復(fù)合材料，收集備用；
[0014] (4)稱取一定量步驟(3)所得的復(fù)合材料于研缽中研磨，加入少量活性炭繼續(xù)研磨 至物料混合均勻；
[0015] (5)將步驟(4)中所得的混合材料填裝到恒溫模具中，將模具置于臺式粉末壓樣機(jī) 上，熱壓成型，冷卻、脫模；
[0016] (6)將熱壓成型的復(fù)合材料在常溫下干燥、恒重、打磨，獲得聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電 極。
[0017] 所述步驟（1)中殼聚糖的質(zhì)量為l.Og，脫乙酰度為80.0-95.0%，乙酸溶液的體積 為100mL、質(zhì)量濃度為2%，摻雜劑為十二烷基苯磺酸鈉，其濃度為O.lmol · Γ1、體積為80mL; 步驟(1)中調(diào)節(jié)pH所用試劑為HC1溶液，其濃度為lmol · Γ1;步驟(1)中攪拌方式為采用磁力 攪拌器攪拌，反應(yīng)時間為20min;步驟(2)中FeCl3溶液的濃度為0.5mol · Γ1、體積為24mL，吡 咯的體積為700yL，定容體積為250mL;步驟(2)中反應(yīng)時間為30min，磁力攪拌的時間為2h， 靜置的時間為22h;步驟(3)中調(diào)節(jié)pH所用試劑為NaOH溶液，其濃度為lmol · Γ1，攪拌時間為 30min;步驟(4)中按照樣品：活性炭= 19:1的質(zhì)量比加入活性炭，樣品與活性炭的質(zhì)量共 3g;步驟(5)中模具溫度為150°C，加入填料后為保持溫度恒定，繼續(xù)恒溫5min，熱壓壓力為 l〇MPa，熱壓溫度為150°C，熱壓時間為30min。
[0018] 所述聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極和對電極正對設(shè)置，正對面積為3.14cm2,間距5cm。
[0019] 所述待吸附的溶液設(shè)置于吸附槽中，吸附槽為有機(jī)玻璃容器，所述攪拌通過攪拌 裝置完成，攪拌裝置為磁力攪拌器，吸附槽置于磁力攪拌器上。
[0020] 重金屬離子溶液體積為100mL，重金屬離子濃度為50mg/L~200mg/L，電源電壓設(shè) 置為IV~3V，重金屬離子為Cu 2+、Pb2+、Ag2+和Cd2+，吸附過程總時間為lh。
[0021] 待吸附過程完成之后，將聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極連接電源正極，對電極連接電源 負(fù)極，置于去離子水中，攪拌并接通電源，實(shí)現(xiàn)再生，再生過程總時間為吸附時間的一半。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0023] (1)除了復(fù)合電極本身的吸附作用以外，還有靜電吸附作用；
[0024] (2)-般的吸附材料大多存在對某個或某種離子吸附效果好而對其他離子吸附效 果差的問題，而采用復(fù)合電極吸附幾乎對所有重金屬離子都有較好的吸附效果；
[0025] (3)再生過程采用去離子水作為再生溶液，對再生溶液沒有太多要求，可以節(jié)約再 生成本；
[0026] (4)吸附過程受加載電壓控制，吸附過程可控性強(qiáng)，可調(diào)節(jié)性好；
[0027] (5)吸附裝置與再生裝置切換方便，避免產(chǎn)生過多中間環(huán)節(jié)，節(jié)約成本與時間。
[0028] 綜上所述，本發(fā)明基于CDI技術(shù)將自制的聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極應(yīng)用于重金屬離 子吸附過程，取得了良好的吸附效果，該吸附過程對不同金屬離子的去除效率均在50%左 右;本發(fā)明系用外接電源控制吸附過程，這使得吸附過程的可調(diào)節(jié)性增強(qiáng);本發(fā)明通過將電 源正負(fù)極顛倒的方式使聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極再生，首次吸附/再生循環(huán)的再生率達(dá) 92%，連續(xù)進(jìn)行10次循環(huán)后再生率仍能夠達(dá)到90 %。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明中的吸附/再生裝置示意圖。
[0030] 圖2為不同離子濃度下時間-吸附量關(guān)系曲線。
[0031] 圖3為不同電壓下時間-濃度關(guān)系曲線。
[0032] 圖4為不同金屬離子的時間-吸附率關(guān)系曲線。
[0033] 圖5為吸附與再生過程中時間-濃度關(guān)系曲線。
[0034] 圖6為吸附與再生循環(huán)過程中時間-濃度關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0035]申請人研究發(fā)現(xiàn)，聚吡咯是導(dǎo)電聚合物中的一種，當(dāng)聚吡咯摻雜有機(jī)大陰離子時， 可以吸附溶液中的陽離子，但是其機(jī)械強(qiáng)度較差。殼聚糖具有良好的成膜性和機(jī)械強(qiáng)度，對 金屬離子也有一定的吸附作用，但是其比重小，吸附速率慢。如果通過合適的方式將二者各 自的優(yōu)越性能整合，則可獲得良好效果。
[0036]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。但有必要指出，以下實(shí)施例 僅用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟 練人員根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
對本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整仍屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。 [0037]另外，值得說明的是：
[0038] 實(shí)驗(yàn)中采用原子吸收分光光度計檢測溶液中離子的濃度。分別用以下公式計算電 極吸附量和再生率。
[0039]
[0040] 其中：Q-電極的吸附量(mg/g)，0)，&-分別為吸附溶液的初始濃度和最終濃度(mg/ L)，V-吸附溶液的體積(V)，m-聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極的質(zhì)量(g)，C2-脫附溶液的濃度(mg/ L)，V2-脫附溶液的體積(V) ,νο,ν:-分別為吸附溶液的初始體積和最終體積(V)。
[0041 ] 實(shí)施例1
[0042] 將定制的有機(jī)玻璃容器放置于磁力攪拌器上，將磁子置于有機(jī)玻璃容器中；加入 1 OOmL濃度為100mg/L的Cu2+溶液;用導(dǎo)線將電源負(fù)極與聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極連接，電源 正極與對電極連接，之后將兩電極正對固定到有機(jī)玻璃容器中，使得電極正對面積為 3.14cm 2;接通磁力攪拌器，使磁子能夠穩(wěn)定快速轉(zhuǎn)動；設(shè)置電源電壓為1.5V，之后接通電 源，使得吸附過程開始進(jìn)行。
[0043] 實(shí)驗(yàn)總時長為60min，每隔10min測定一次Cu2+濃度，并通過公式計算出每一時刻的 吸附量。時間T與吸附量Q的關(guān)系曲線在圖2中展示。由實(shí)驗(yàn)測定得出吸附lh后聚吡咯/殼聚 糖復(fù)合電極的吸附量為20.61mg/g。
[0044] 實(shí)施例2
[0045] 將定制的有機(jī)玻璃容器放置于磁力攪拌器上，將磁子置于有機(jī)玻璃容器中；加入 100mL濃度為50mg/L的Cu2+溶液;用導(dǎo)線將電源負(fù)極與聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極連接，電源正 極與對電極連接，之后將兩電極正對固定到有機(jī)玻璃容器中，使得電極正對面積為 3.14cm 2;接通磁力攪拌器，使磁子能夠穩(wěn)定快速轉(zhuǎn)動；設(shè)置電源電壓為1.5V，之后接通電 源，使得吸附過程開始進(jìn)行。
[0046] 實(shí)驗(yàn)總時長為60min，每隔10min測定一次Cu2+濃度，并通過公式計算出每一時刻的 吸附量。時間T與吸附量Q的關(guān)系曲線在圖2中展示。由實(shí)驗(yàn)測定得出吸附lh后聚吡咯/殼聚 糖復(fù)合電極的吸附量為12.38mg/g。
[0047] 實(shí)施例3
[0048] 將定制的有機(jī)玻璃容器放置于磁力攪拌器上，將磁子置于有機(jī)玻璃容器中；加入 100mL濃度為200mg/L的Cu2+溶液；用導(dǎo)線將電源負(fù)極與聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極連接，電源 正極與對電極連接，之后將兩電極正對固定到有機(jī)玻璃容器中，使得電極正對面積為 3.14cm 2;接通磁力攪拌器，使磁子能夠穩(wěn)定快速轉(zhuǎn)動；設(shè)置電源電壓為1.5V，之后接通電 源，使得吸附過程開始進(jìn)行。
[0049] 實(shí)驗(yàn)總時長為60min，每隔lOmin測定一次Cu2+濃度，并通過公式計算出每一時刻的 吸附量。時間T與吸附量Q的關(guān)系曲線在圖2中展示。由實(shí)驗(yàn)測定得出吸附lh后聚吡咯/殼聚 糖復(fù)合電極的吸附量為39.68mg/g。
[0050] 實(shí)施例4
[0051] 將定制的有機(jī)玻璃容器放置于磁力攪拌器上，將磁子置于有機(jī)玻璃容器中；加入 1 OOmL濃度為100mg/L的Cu2+溶液;用導(dǎo)線將電源負(fù)極與聚吡咯/殼聚糖復(fù)合電極連接，電源 正極與對電極連接，之后將兩電極正