多孔固体介质的电吸附脱盐比较研究

摘要

电吸附技术具有运行成本低、节能、环保等特点。该技术的核心是电极材料模块，吸附容量大、易于再生的吸附材料一直是电吸附脱盐技术的主要研究方向。
　　鉴于当前电吸附除盐技术在运行过程中存在的具体问题：如单位面积电容介质的储/脱盐率较低，电吸附单元体积较大，自再生时间较长等；同时，为降低电极副反应对脱盐效率的影响以及为获得足够的电场强度以驱动阴、阳离子的快速定向迁移与储存，现有电吸附除盐的电极对间距仅在毫米范围，这就限制了脱盐介质的装载量，从而限制了电吸附脱盐装置的单位体积储盐容量，导致脱盐与脱附再生周期频繁等。
　　本文在传统电吸附脱盐模型研究的基础上，建立了大电极对间距的电吸附模型装置，通过调控电极间距及在阴阳电极对间固体多孔介质材料的填充量，系统的开展了对多孔硅胶、颗粒活性炭、碳纤维和离子交换树脂等多孔固体材料的电吸附除盐规律及其影响因素的对比分析研究。实验结果发现，当电吸附除盐的电压大于水的分解电压时，具有离子交换功能的多孔固体介质对电极反应副产物H+及OH-有平衡作用；同时发现H+及OH-对饱和后的固体介质具有脱附再生作用。证明了多孔介质的功能基团在电吸附脱盐中的作用与价值，为今后电容脱盐材料的选择与制备提供了一种崭新途经。系统考察了以功能离子交换树脂为填充介质的电吸附技术的脱盐效果并优化了脱盐参数：反应器脱盐床中的吸附材料阳极填充阴离子交换树脂并且阴极填充阳离子交换树脂，以阳离子交换树脂55mL、阴离子交换树脂75mL，即阴阳离子树脂填充比为15:11时为最优比；极板间电压8V，水力停留时间HRT=20min，电极间距24mm，脱盐电场强度为3.33V/cm，此时单个脱盐模块对含盐量为1.0000g/LNa2SO4溶液的最大除盐率达到56.03％，稳定的电吸附时间可达120min，此时单个电极模块的电吸附容量为0.4166mg/mL，吨水脱盐能耗为0.5161kW·h/m3，并显示出良好的除盐效果及再生性能。利用离子色谱对同时含有Cl-、NO3-、PO43-、苯甲酸和SO42-的模拟含盐废水进行了处理，去除率分别为17.86%、40.90%、61.81%、38.1%和9.71%，显然水中的盐类在电吸附脱盐过程中具有离子竞争特性。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 常用除盐技术

1.4 电吸附电极材料

1.5 课题研究的目的、意义和内容

第二章 实验部分

2.1 实验材料与装置2.1.1 实验材料

2.2 实验方法

第三章 实验结果与讨论

3.1 固体介质脱盐性能的比较

3.2 离子交换树脂的装填方式对电吸附除盐影响

3.3 阳离子和阴离子交换树脂的填充比对脱盐效果的影响

3.4 流速（水力停留时间）对除盐效果的影响

3.6 电极间距对脱盐效果的影响

3.7 不同影响因素的正交实验

3.8 对模拟废水的处理情况

3.9 离子交换树脂电吸附脱盐机理探讨

3.10 再生性探讨

第四章 结论与建议

4.1 结论

4.2 建议

参考文献

研究生期间科研成果

致谢