电沉积铜锌改性活性炭的制备及性能研究

摘要

由于世界经济和现代工业的发展，水体污染日益严重，我国城市和农村居民的饮用水存在着重大安全隐患。针对这种情况，出现了饮用水深度处理技术，如膜分离技术、深度氧化技术、铜锌净水技术、活性炭吸附技术等，它们都存在各自的优点和缺陷。本文将铜锌合金净水技术和活性炭净水技术结合起来，以活性炭为载体，用电沉积法将Cu-Zn合金负载在活性炭上，使活性炭的吸附作用和铜锌合金的微原电池氧化还原作用同时发挥功效。本文主要内容包括：铜锌改性活性炭的制备、改性活性炭的表征、改性活性炭的净水性能测试、改性活性炭的寿命及抑菌性测试。 本文以钛作为阳极，不锈钢金属网及其表面均匀铺洒的活性炭共同作为阴极，酒石酸钾钠作为络合剂，通过电沉积法制备了铜锌改性活性炭。探讨了反应条件对改性活性炭性能的影响，得到制备铜锌改性活性炭的最佳条件是：pH值为13，Cu<'2+>/Zn<'2+>(摩尔比)为1:1，酒石酸钾钠与铜锌的摩尔比为2.5:1，铜锌的离子浓度为10g/L，电镀液温度为45℃。 本文用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X-射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、等方法对铜锌改性活性炭进行了表征。分析表明：铜锌在活性炭表面负载得比较均匀，负载的铜锌的晶粒非常细小，尺寸已达到纳米级。改性活性炭的孔道内也均匀地分散着铜锌合金。改性活性炭的比表面积为449.90m<'2>/g，比原活性炭的472.07m<'2>/g有所下降。 对改性活性炭进行测试发现：活性炭的质量对余氯的去除效果有很大影响，随着改性活性炭质量的增加，净水性能提高。当流速增大时，出水余氯浓度增高，余氯去除率降低。初始余氯浓度也会影响活性炭的净水效果。在低浓度时，铜锌改性活性炭和原活性炭都有比较好的去除效果。在较高浓度时，改性活性炭的净水效果明显优于原活性炭。 原活性炭对Cr<'6+>没有去除效果，流经铜锌改性活性炭后，Cr<'6+>的去除率高达87.42％。将改性活性炭与含Cr<'6+>5mg/L的水接触30min后，其去除率达到89.18％。铜锌改性活性炭对ca<'2+>的去除率远高于原活性炭，达到94.02％，而原活性炭对Cd<'2+>的去除率仅为75.68％。原活性炭对pb<'2+>的去除率比较高，达到76.30％，经过铜锌改性之后，活性炭对。pb<'2+>的去除率只增加了3个百分点，没有大幅度的提高。 通过改性，活性炭的寿命有所提高，是原活性炭的寿命的1.5倍。在低流速下，活性炭寿命下降比较慢；在高流速下，活性炭的寿命下降比较快。铜锌改性活性炭对大肠杆菌有很好的去除效果，达到99.50％以上。同时也具有良好的抑制细菌的能力，对大肠杆菌的抑菌率高达96.14％。

目录

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第一章绪论

1.1饮用水水源水质的现状

1.2饮用水深度处理技术

1.2.1膜分离技术

1.2.2深度氧化技术

1.2.3铜锌合金滤料净水技术

1.2.4活性炭吸附技术

1.3负载型金属的制备方法

1.4铜锌合金滤料及活性炭所存在的问题

1.4.1铜锌合金净水滤料所存在的不足

1.4.2活性炭技术所存在的不足

1.5本课题的研究目的和意义

第二章电沉积铜锌改性活性炭的制备

2.1合金电沉积的原理

2.1.1金属电沉积的过程

2.1.2双金属共沉积的条件

2.1.3实现金属共沉积的措施

2.2电极材料及络合剂的选择

2.2.1阳极

2.2.2阴极

2.2.3络合剂的选择

2.3主要的试验试剂与仪器设备

2.3.1主要试验试剂

2.3.2主要仪器设备

2.3.3试验装置图

2.4表征方法

2.4.1余氯

2.4.2扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析

2.5活性炭的前处理

2.6电沉积铜锌改性活性炭的制备

2.6.1电镀液的配制

2.6.2主要的电极反应

2.7试验结果与讨论

2.7.1pH值对铜锌改性活性炭性能的影响

2.7.2络合剂的浓度对铜锌改性活性炭性能的影响

2.7.3Cu2+/Zn2+(摩尔比)对铜锌改性活性炭性能的影响

2.7.4Cu2+/Zn2+离子浓度对铜锌改性活性炭性能的影响

2.7.5电镀液温度的影响

2.8小结

第三章电沉积铜锌改性活性炭的表征

3.1表征方法

3.1.1扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析

3.1.2X射线衍射(XRD)分析

3.1.3比表面积(BET)分析

3.2铜锌电沉积改性活性炭的表征

3.2.1扫描电镜分析

3.2.2 XRD分析

3.2.3铜锌改性活性炭的比表面积

3.3小结

第四章电沉积铜锌改性活性炭的净水性能研究

4.1试验试剂与仪器设备

4.1.1试验试剂

4.1.2主要仪器设备

4.2试验装置示意图

4.3重金属离子的测定—原子吸收光谱法

4.3.1原子吸收的基本原理

4.3.2原子吸收光谱仪原理简图

4.4铜锌改性活性炭对余氯的去除效果

4.4.1铜锌改性活性炭的质量对余氯去除效果的影响

4.4.2流速对余氯去除效果的影响

4.4.3初始余氯浓度对余氯去除效果的影响

4.5铜锌改性活性炭对重金属的去除效果

4.5.1铜锌改性活性炭去除Cr6+的效果

4.5.2铜锌改性活性炭去除Cd2+的效果

4.5.3铜锌改性活性炭去除Pb2+的效果

4.6小结

第五章铜锌改性活性炭的寿命及抑菌性测试

5.1引言

5.2试验的测试方法

5.2.1改性活性炭的寿命测试

5.2.2改性活性炭的消毒效果测试

5.2.3改性活性炭的抑菌性测试

5.3试验结果分析

5.3.1铜锌改性活性炭的寿命

5.3.2铜锌改性活性炭的对水的消毒效果

5.3.3铜锌改性活性炭的抑菌性测试

5.4小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见