電化學(xué)調(diào)控聚間苯二胺的氧化還原態(tài)并應(yīng)用于重金屬離子的電吸附的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢水處理領(lǐng)域，特別涉及聚間苯二胺處理廢水的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]電吸附是近些年發(fā)展起來(lái)的一種新型水處理方法，是通過(guò)施加電壓或電流，在電極表面吸附溶液中的帶電粒子，當(dāng)電極飽和后可以通過(guò)撤去電場(chǎng)或施加反向電場(chǎng)使電極再生。相對(duì)于其他的水處理方法，具有投資少、能耗低、無(wú)二次污染、使用壽命長(zhǎng)和再生容易等優(yōu)點(diǎn)，是一種既經(jīng)濟(jì)又有效的方法。因此，電吸附被看作是一種很有發(fā)展前途的水處理技術(shù)。
[0003]電吸附過(guò)程同時(shí)包含著物理吸附和化學(xué)吸附兩種過(guò)程，但電吸附在其中仍起到了主導(dǎo)作用，吸附的最后結(jié)果是這三者之合。由于雙電層具有電容的特性，能進(jìn)行充電。在充電過(guò)程中，雙電層能將溶液中的離子吸附并保存在其中，積蓄一定的能量；在放電過(guò)程中，則能釋放出能量和離子，使得雙電層又獲得再生。
[0004]吸附劑材料的選擇和電極的制備成型過(guò)程是電吸附技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。為了能吸附大量帶電粒子，吸附劑必須擁有較大的比表面積和良好的導(dǎo)電性能，因此碳基材料，或是基于碳基材料的復(fù)合材料成為常用電極材料。碳基材料在電吸附過(guò)程中表現(xiàn)出了較好的性能，但也存在一些問(wèn)題，如吸附容量低，能耗大，材料價(jià)格昂貴，不易取得等。
[0005]導(dǎo)電高分子是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的研宄領(lǐng)域，其與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料相比具有質(zhì)輕、環(huán)境穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、導(dǎo)電率可調(diào)等特點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。聚間苯二胺是一種新型的導(dǎo)電高分子材料，其分子中含有大量的胺基和亞胺基功能基團(tuán)，它們對(duì)重金屬離子具有良好的絡(luò)合作用。通過(guò)電化學(xué)調(diào)控，改變聚間苯二胺的氧化還原態(tài)，可以進(jìn)一步增強(qiáng)其對(duì)重金屬離子的吸附能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明的目的是提供一種新的電極吸附材料聚間苯二胺及電化學(xué)調(diào)控其氧化還原狀態(tài)應(yīng)用于重金屬離子的電吸附處理。本發(fā)明提供了一種聚間苯二胺用作電極吸附劑的新應(yīng)用。聚間苯二胺涂覆在電吸附電極的表面后能有效吸附溶液中的重金屬離子。
[0007]本發(fā)明還提供了一種電吸附電極，其表面涂覆有聚間苯二胺。該電吸附電極能有效吸附溶液中重金屬離子。該電極創(chuàng)新性地應(yīng)用聚乙烯醇或殼聚糖等易得工業(yè)品作為粘結(jié)劑，大大簡(jiǎn)化了電極成型過(guò)程。與此同時(shí)，吸附的過(guò)程采用負(fù)電位，可以電化學(xué)調(diào)控聚間苯二胺的氧化還原態(tài)，致使聚間苯二胺的苯式亞胺結(jié)構(gòu)比例上升，進(jìn)而提高了其與重金屬離子的絡(luò)合能力。
[0008]用聚間苯二胺制備電吸附電極的過(guò)程為，按投料比，將聚間苯二胺加到成型粘結(jié)劑材料配成的溶液中，調(diào)成糊狀，均勻涂覆于電極支撐材料上，烘箱中干燥得電吸附電極。
[0009]作為優(yōu)選:投料比為，I?2g聚間苯二胺加入到4?8mL粘結(jié)劑溶液中；
[0010]作為優(yōu)選:成型粘結(jié)劑材料為聚乙烯醇或殼聚糖，配成的溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?
4% ；
[0011]作為優(yōu)選:涂覆工藝為每片電極支撐材料上，涂覆50?10mg聚間苯二胺；
[0012]進(jìn)一步地:電極支撐材料為硬卡紙和金屬網(wǎng)，
[0013]烘箱中干燥處理溫度為60 °C，干燥時(shí)間為24h。
[0014]用聚間苯二胺制備的電吸附電極來(lái)處理含有重金屬離子的溶液步驟為:將聚間苯二胺電極固定在電吸附容器中，電極用導(dǎo)線與電源相連，施加電壓，對(duì)含重金屬離子的溶液進(jìn)行吸附，監(jiān)測(cè)溶液電導(dǎo)率變化，以電導(dǎo)率變化表征溶液中重金屬離子濃度變化，待溶液電導(dǎo)率降至規(guī)定水平，處理完成。
[0015]作為優(yōu)選:含重金屬離子的溶液為工業(yè)廢水和高鹽堿地下水。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:聚間苯二胺電吸附電極制作周期短，成本低的優(yōu)點(diǎn)；以聚間苯二胺修飾的電極用于吸附重金屬離子時(shí)具有操作方便、重金屬離子去除率高、吸附容量大的優(yōu)點(diǎn)。在電化學(xué)調(diào)控吸附的同時(shí)，聚間苯二胺的氧化還原態(tài)發(fā)生變化，其中的苯式亞胺結(jié)構(gòu)比例上升，更有利于對(duì)重金屬離子的絡(luò)合。
【附圖說(shuō)明】
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[0017]圖1:聚間苯二胺作為吸附電極，對(duì)含重金屬離子的溶液進(jìn)行電吸附時(shí)，Cu2+離子濃度與溶液電導(dǎo)率的關(guān)系
[0018]圖2:聚間苯二胺紅外光譜圖:(A)OV處理樣品、(B)0.3V處理樣品、(C) -0.3V處理樣品
[0019]圖3:電位對(duì)聚間苯二胺電吸附效果的影響
【具體實(shí)施方式】
[0020]在本發(fā)明詳細(xì)敘述和實(shí)施例中所示的各項(xiàng)測(cè)定值是按下述方法測(cè)定的:
[0021]吸附容量Q(mg.g-1)及去除率R(% )分別根據(jù)以下公式計(jì)算
[0022]Q= (C0-Ct)V/m
[0023]RY0= (C0-Ct)/C0 X 100%
[0024]式中，Ctl:重金屬離子初始濃度(mg Li ;Ct:吸附平衡時(shí)重金屬離子濃度；V:吸附時(shí)所用重金屬離子溶液體積(mL) ;m:吸附劑質(zhì)量。
[0025]實(shí)施例1對(duì)不同電位處理的聚間苯二胺進(jìn)行紅外表征
[0026]稱取間苯二胺4.3256g，溶于10mL蒸飽水；取過(guò)硫酸錢4.5640g，溶于50mL蒸飽水；在攪拌狀態(tài)下將過(guò)硫酸銨緩慢滴加到間苯二胺溶液中(約每3s—滴)。滴加完畢后，保持溫度為0°C，持續(xù)攪拌，反應(yīng)4h ;再次滴加過(guò)硫酸銨溶液50mL，保持溫度為0°C，持續(xù)攪拌，反應(yīng)4h;停止攪拌，靜置過(guò)夜。抽濾，并用無(wú)水乙醇和蒸餾水洗滌至濾液無(wú)色。在60°C干燥24h。稱量，研磨備用。
[0027]將電極材料聚間苯二胺填充與玻璃管內(nèi)，并于lmol/L鹽酸中施加0V、0.3V和-0.3V電位處理lh，干燥研磨后采用紅外光譜考察聚間苯二胺結(jié)構(gòu)隨處理電位不同而產(chǎn)生的變化，其紅外光譜圖見(jiàn)圖2。A為在OV電位處理過(guò)的聚間苯二胺，3400CHT1?3000cm ―1范圍內(nèi)的寬峰由N-H伸縮振動(dòng)所致，說(shuō)明分子結(jié)構(gòu)中-NH-的存在:1620(^-1和1512cm—1處的峰為苯環(huán)伸縮振動(dòng)所致。結(jié)合以上，說(shuō)明了分子結(jié)構(gòu)中苯式仲胺的存在。B為在0.3V電位處理過(guò)的聚間苯二胺，對(duì)比未處理的樣品，可明顯看出其在3400CHT1?3000cm ―1范圍內(nèi)的寬峰和在1620CHT1和151