2. 2 通量和电压对吸附效果的影响
由图4(a)可知,同一电压下,通量越小,离子停留时间越长,去除率越大。同一通量下,电压越大,正负极电流强度越大,界面双电层对离子的电牵引力增强,去除率增大。实验中注意到当电压低于0. 8 v时,随着电压的增大去除率快su增大;而当电压超过1. 2 v 时增长速度开始变缓,甚至有所下降,1. 6 v 后去除率又短暂增大。黄健 使用导电微滤膜对铜离子进行吸附研究时,因cu2 + / cu 的标准电极电位仅有0. 34 v,为验证外加电压会使铜离子发生还原反应析出,对电解液进行了循环伏安测定,发现cu2 + 在高电压下会发生还原反应以单质铜析出,因而出水电导率降低。因此,本研究中可能外加电压在1. 2 v 时接近阈值,而在1. 6 v 可能发生副反应,复合膜对cu(ⅱ)产生强烈吸附效果,引起出水tds 降低。
由图4(b)可知,当电压低于0. 4 v 时,通量越小,吸附量越大。可能的原因是在低电压时,不同通量所挟带的离子总量对于电极材料的吸附能力均是过量的,因而通量越小,离子在膜反应器中的停留时间越长,吸附量较大。而当电压高于0. 8 v 时,低通量所挟带的离子总量小于电极材料的吸附能力,随着通量的增加,单位时间通过断面的离子增加,单位电极材料所接触的离子总量越大,所以累积吸附量较大,其具体机理有待进一步研究证实。同一通量下,电压越大,电极表面的电荷密度增大,吸附量随之增大,但1. 2 v的吸附量大于1. 6 v。李金鑫等 采用活性炭纤维电极对氯化钠溶液进行离子电吸附实验研究,结果也显示3. 0 和6. 0 v 的电压吸附效果明显低于2. 0 v,过度增大电压对吸附效果无促进作用。本研究中当通量为25 和40 l·(m2 ·h) - 1 ,运行电压为1. 6 v 时,可能造成水解反应加剧,电流效率下降,使复合膜对铜离子的吸附量降低。
由于本研究以去除cu(ⅱ) 为目的,因此,从tds 的去除率角度考虑,本研究中cu(ⅱ) 浓度为10mg·l - 1 时,最jia吸附效果的工况为通量8 l·(m2 ·h) - 1 ,电压1. 6 v。由图4(c)可知,自制导电复合膜整体跨膜压差维持在较低水平,所有工况下都低于5 kpa,远低于30 kpa 的膜清洗压差。
2. 3 cu( ⅱ) 浓度对吸附效果的影响。
通量为8 l·(m2 ·h) - 1 、电压为1. 6 v 的工况下,选择cu(ⅱ)浓度分别为5、10、25 和40 mg·l - 1 ,探索导电复合膜对cu(ⅱ)的吸附作用,结果如图5 所示。
由图5(a) ~ (c)可知,进水cu(ⅱ)浓度与去除率、吸附量和最da吸附速率都呈现良好的线性关系。在电压1. 6 v、通量8 l·m - 2 ·h - 1 的条件下,复合膜对cu(ⅱ)的去除率随着cu(ⅱ)浓度的升高而减小,本研究中cu(ⅱ)浓度为5 mg·l - 1 时去除率最da;吸附量和最da吸附速率随着cu(ⅱ)浓度的升高而增大,当cu(ⅱ)浓度为40 mg·l - 1 时吸附量和最da吸附速率最da。说明进水溶液中重金属离子的浓度会影响吸附材料对离子的去除率和吸附量。安众一等利用粉末活性炭电极对铜离子进行电吸附研究,选取1. 2 v 电压,铜离子浓度分别为50、100、150、200 和500 mg·l - 1 。结果表明,浓度为50 mg·l - 1时的铜离子去除率最da,但吸附量最小。说明低浓度时电极的吸附容量远远未达饱和状态,所以去除率高,但过高浓度的离子会使电极吸附饱和,因而去除率降低,但吸附量和最da吸附速率增大。由图4(d)可知,跨膜压差与cu(ⅱ)浓度无明显线性关系,但总体跨膜压差维持在较低水平,均低于2 kpa。
2. 4 吸附-解吸实验
选择cu(ⅱ)浓度为10 mg·l - 1 ,通量8 l·(m2 ·h) - 1 ,电压1. 6 v,探索本工艺在“吸附-解吸”循环中的性能,结果如图6 所示。由图6 可知,运行3 个完整“吸附-解吸”周期,系统平均tds 去除率为60% ,吸附和解吸的平均时间分别为71 和86 min。与单次吸附实验结果(见图3(a)和4(a))相比,其tds 平均去除率无明显差别,表明本工艺在3 个循环周期中“吸附-解吸”性能良好。李少华等 利用活性炭纤维电极进行电容去离子脱盐实验中,采用短接再生法也得到了类似结论,但是其研究中极板是平行布置的形式,且未与膜分离技术相结合。具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3 结论
1)在通量为8 l · m - 2 · h - 1 时, 复合膜工艺1. 5 h内出水电导率降至最di,4 h 内吸附量基本保持稳定,运行过程中跨膜压差维持在较低水平。
2) 在外加电压0 ~ 1. 6 v、膜通量8 ~ 40 l·(m2 ·h) - 1 的条件下,膜通量相同时,电压越大,复合膜对cu(ⅱ)的去除率和吸附容量越大;外加电压相同时,膜通量越大,复合膜对cu(ⅱ)的去除率越小,吸附量越大;cu(ⅱ)浓度5 ~ 40 mg·l - 1 的条件下,cu(ⅱ)浓度越大,复合膜对cu(ⅱ)的去除率越小,吸附量和最da吸附速率越大。
3)“吸附-解吸”循环实验中,tds 平均去除率为60% ,与短期吸附实验结果一致。
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