電增強(qiáng)碳納米管-活性炭纖維吸附PFOA、PFOS的研究.pdf

1、碳納米管(CNTs)和活性炭纖維(ACFs)是新型的碳納米材料，具有大的比表面積，高導(dǎo)電率和化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使其在電吸附領(lǐng)域很有潛力。以碳納米管和活性炭纖維作為電極，采用電吸附技術(shù)去除水中全氟化物(PFCs)的研究報(bào)道較少，尤其是連續(xù)流模式下的實(shí)驗(yàn)研究還沒(méi)有展開(kāi)。本研究中，制作電吸附裝置，以MWNTs和ACFs纖維作為吸附劑電極，以全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)兩種典型的PFCs為吸附質(zhì)，考察優(yōu)化連續(xù)流模式下

2、電增強(qiáng)吸附PFOA和PFOS的性能。預(yù)期為日后以碳納米材料做電極的電吸附技術(shù)在水處理方面的擴(kuò)大化應(yīng)用，提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和裝置設(shè)計(jì)參考。圍繞以上目標(biāo)，開(kāi)展以下幾方面的工作。
　　(1)采用電泳法制備多壁碳納米管(MWNTs)電極，控制電壓160V時(shí)，能在Ti片兩面都沉積上致密均勻的MWNTs。該電極吸附電位窗口達(dá)到±1.5V。負(fù)載MWNTs膜，Ti片的電子傳輸阻力由9.0Ω降為1.9Ω。
　　(2)設(shè)計(jì)制作以MWNTs為電極的電吸

3、附裝置。在連續(xù)流模式下，考察外加電壓、進(jìn)水濃度、水力停留時(shí)間、電極間距、電解質(zhì)濃度等條件對(duì)電增強(qiáng)MWNTs吸附PFOA、PFOS的影響，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。結(jié)果表明，在外加1V電壓時(shí)，對(duì)PFOA和PFOS的最高去除效率可以達(dá)到90％，吸附總量分別為開(kāi)路電壓吸附時(shí)的4.9倍(PFOA)和4.2倍(PFOS)。本研究的優(yōu)化操作條件為:外加電壓1V，進(jìn)水濃度50μg/L，水力停留時(shí)間30min，電極間距6mm，電解質(zhì)濃度1mmol/L。由以上條件得

4、到的最高去除率分別為～89％(PFOA)和～90％(PFOS)，被吸附總量分別為～134μg(PFOA)和～157μg(PFOS)。相比于其他操作條件相同的開(kāi)路吸附結(jié)果:～26μg(PFOA)和～36μg(PFOS)，加電明顯增強(qiáng)了吸附劑吸附的性能。此外，多壁碳納米管電極通過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)了良好的可重用性。
　　(3)對(duì)ACFs進(jìn)行預(yù)處理，ACFs電極的零電荷點(diǎn)為6.4，在-1.5～1.5V電壓范圍內(nèi)同樣具有穩(wěn)定的電化學(xué)性質(zhì)。設(shè)計(jì)改

5、裝以ACFs為電極的電增強(qiáng)吸附裝置，在連續(xù)流模式下考察外加電壓、pH等條件對(duì)電增強(qiáng)ACFs吸附PFOA、PFOS的影響。結(jié)果表明，外加1V電壓時(shí)，PFOA和PFOS的被吸附總量分別為開(kāi)路電壓情況下的2.2倍和2.7倍，溶液的pH值對(duì)電增強(qiáng)吸附PFOA有一定影響。
　　本論文采用電增強(qiáng)MWNTs和ACFs吸附技術(shù)，在連續(xù)流模式下實(shí)現(xiàn)PFOA和PFOS的有效去除，促進(jìn)了以碳納米材料為吸附劑的電吸附技術(shù)在難降解污水處理領(lǐng)域的發(fā)展，為電吸