专利名称：活性炭耐冲刷电极及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及污水处理领域及多孔导电材料领域，尤其涉及一种活性炭电极及其制备方法和应用。
背景技术：
水污染防治是目前世界上最紧迫的环境问题之一。实际水域中，污水包括含无机 污染物为主的无机污水、含有机污染物为主的有机污水、兼含有机物和无机物的混合污水、 以及重金属污水等。各种污水水质差异大，成分复杂，处理困难。活性炭是用天然含碳材料在高温和缺氧条件下活化而成的，其具有非常多的微孔 和巨大的比表面积，具有很强的物理吸附能力，此外，在活性炭的活化过程中，其表面的非 结晶部位上会形成一些官能团，这些官能团使活性炭具有化学吸附和催化氧化、还原等性 能。这些性能使活性炭能截留污水中大分子的污染物，并能有效地吸附并去除废水中一些 离子，从而有效地吸附废水中的污染物；其与电化学反应相结合，通常能达到更好的吸附和 去除效果。由于活性炭材料易得、成本较低，近年来，采用活性炭用于污水处理的各种方法 得到了广泛的研究，出现了各种活性炭去离子电极。这种活性炭去离子电极，具有不需酸碱 再生、无污染、能耗低等优点，具有广阔的市场前景。然而，制备电极时需要在活性炭材料中 添加粘结剂，粘结剂的添加会降低材料的导电能力；同时，由于粘结时颗粒与颗粒之间随机 接触，会减小材料的反应时的比表面积，降低材料的吸附效果。而降低粘结剂的添加量则材 料的粘结效果不好，制备的活性炭去离子电极的使用寿命很短。在《竹炭基活性炭电极电容去离子模拟装置的研究》(《工业水处理》2009年第3 期，作者张玲、夏畅斌等)一文中，作者描述了一种用于污水中去除离子的竹炭基活性炭 电极，采用聚四氟乙烯作为粘结剂，并添加乙炔黑作为导电剂，将竹炭基活性炭、聚四氟乙 烯和乙炔黑混合后与泡沫镍一起压片成型，制成电极。这种电极可以克服混合材料由于添 加了粘结剂而产生的不利效果。但是，这种结构和成分的竹炭基活性炭电极，电极上的耐冲 刷性能差，经水流冲刷时混合物粉末易脱落，只能用于静止状态的污水处理，不能处理流动 的污水；单位时间内处理的污水量少，无法适用于污水量大的处理场合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制作简单、经济耐 用、活性炭固定牢固、耐冲刷性能好、可用于净化流动污水的活性炭耐冲刷电极；以及一种 工艺简单、操作方便、制作快速的活性炭耐冲刷电极的制备方法；还提供一种成本低廉、操 作简单、除污速度快、去除率高的，可用于净化污水中有机污染物、金属离子以及一些复合 非有机离子的活性炭耐冲刷电极净化污水的应用方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案—种活性炭耐冲刷电极，包括一泡沫镍基体，其特征在于所述泡沫镍基体表面及 孔隙中附着填充有活性炭混合材料，所述活性炭混合材料包括活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素，所述活性炭混合材料中活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素的质 量比为(3 7) (0.5 1.5) (2 6. 5) (0. 01 0. 25)。本发明的上述技术方案中是采用乙炔黑作为导电剂，因为乙炔黑密度较小，且具 有良好的导电性能，其微粒呈枝状彼此相连，枝状结构可将活性炭颗粒包裹，明显增加乙 炔黑与活性炭颗粒及活性炭颗粒之间的有效接触面积，同时还能使乙炔黑起到膨松剂的效 果，改善混合材料的整体导电性能，并增加其比表面积，进而改善活性炭混合材料的吸附性 能。
在所述活性炭混合材料中，粘结剂的比例过大就会堵塞活性炭混合材料的空隙， 减少反应的比表面积，而膨松剂的量过大，则粘结效果不好，活性炭混合材料粉末易脱落， 导致电极耐冲刷性能降低，使用寿命减短。通过采用上述技术方案中的质量配比，既不会堵 塞活性炭混合材料的空隙，而且能保持活性炭较强的吸附性能，又能将活性炭混合材料与 泡沫镍骨架很好地粘结在一起，使制作的电极片有很好的耐冲刷性能。作为本发明的活性炭耐冲刷电极的进一步改进 所述活性炭耐冲刷电极为片状，所述片状的活性炭耐冲刷电极上活性炭混合材料 的载量为 0. 45kg/m2 0. 50kg/m2。所述活性炭优选为竹炭基活性炭，其比表面积可以为800m2/g 3000m2/g，其颗粒 大小优选为200目 500目。采用竹炭基活性炭代替传统的木材料活性炭，因为竹炭基活 性炭的比表面积是普通的木炭的2 5倍，其吸附性能更好；而且竹子具有生长周期短、产 量高、成材快的特性，成本更低，并可节约森林资源。竹炭基活性炭在轻度反洗后就可实现 再生，且其效率基本不变。所述泡沫镍基体的孔隙率优选为80% 98 %。泡沫镍基体在电极中的作用如骨 架，其多孔的性质使活性炭混合材料与污水的接触表面积更大，从而使电极的吸附和反应 的表面积更大，除污效果更好。本发明还提供一种活性炭耐冲刷电极的制备方法，包括以下步骤(1)材料准备准备一泡沫镍基体；取3 7份质量的活性炭和0. 5 1. 5份质 量的乙炔黑均勻混合；另取2 7份质量的聚四氟乙烯，配制成聚四氟乙烯分散乳液；再取 0. 01 0. 25份质量的羧甲基纤维素，配制成羧甲基纤维素溶液；(2)添加羧甲基纤维素向上述活性炭和乙炔黑的混合物中加入去离子水，搅拌 均勻，然后向其中加入准备好的羧甲基纤维素溶液，搅拌均勻；(3)添加聚四氟乙烯向上述步骤(2)得到的混合物中加入准备的聚四氟乙烯分 散乳液，搅拌至均勻糊状物出现；(4)压片将所述糊状物压成薄膜，然后将所述薄膜与上述泡沫镍基体压在一起， 于105°C 120°C条件下干燥(0. 5h 3h即可)，得到所述活性炭耐冲刷电极。作为本发明的制备方法的进一步改进上述的制备方法中，所述羧甲基纤维素溶液的质量浓度为0.05% 3%，所述的 聚四氟乙烯分散乳液的质量浓度为50% 75%。采用高浓度的聚四氟乙烯分散乳液，可使 活性炭混合材料的粘结效果更好，从而制备的电极的耐冲刷效果更好。本发明还提供一种用上述的活性炭耐冲刷电极净化污水的应用方法，包括以下步 骤
(1)制备流通型电容器取一对以上的活性炭耐冲刷电极制成一流通型电容器， 所述流通型电容器内设有水流通道，所述水流通道上设有进水口和出水口；(2)连接电源将所述流通型电容器与电源连接，其中，一半数量的所述活性炭耐冲刷电极与电源的正极相连，另一半数量的活性炭耐冲刷电极与电源的负极相连；(3)净化污水在所述流通型电容器的进水口通入流速为60mL/min 120mL/min 的待净化的污水，污水在所述水流通道中通过时间为IOmin 45min，则从所述流通型电容 器的出水口即可获得净化后的水。作为本发明的应用方法的进一步改进上述的应用方法中，所述流通型电容器中相邻的两个活性炭耐冲刷电极间的间距 优选为2cm 20cm。上述的应用方法中，所述电源的电压优选为IV 40V。与现有技术相比，本发明的优点在于1、本发明的活性炭耐冲刷电极，采用乙炔黑作为导电剂和膨松剂，可以改善混合 材料的整体导电性能，进而改善活性炭混合材料的吸附性能；采用羧甲基纤维素和聚四氟 乙烯作为粘结剂，粘结后的混合材料整体性更好、硬度更大，粉末不易脱落，使制成的电极 的耐冲刷性能更好，使用寿命更长，可用于净化流动污水；采用泡沫镍作为基体材料，由于 泡沫镍材料具有很多孔隙，并且其表面附有镍导电层，可以使电极的导电性更好，并且其上 的活性炭混合材料可以填充到各个孔隙中，使二者之间的结合更紧密、牢固；成型的电极片 保持了多孔的性能，既可以对污水进行初步的过滤，又能增大污水与活性炭接触的面积，提 高污水净化的效率。总的来说，本发明的活性炭耐冲刷电极制作简单、经济耐用，活性炭固 定牢固、耐冲刷性能好，可用于净化流动污水。2、本发明的活性炭耐冲刷电极的制备方法，依次向活性炭和乙炔黑混合物中加入 水、羧甲基纤维素和聚四氟乙烯，制备的电极粘结性好，粉末不易脱落。本发明的制备过程 工艺简单，操作方便；制备过程中无需长时间的反应等待，制作快速；所用原材料均成本较 低且来源较广，使电极的成本更低，可在很大程度上降低污水处理的成本。3、本发明的活性炭耐冲刷电极净化污水的应用方法，成本低廉，操作简单，可以使 活性炭较强的吸附性能和电化学还原反应相结合，能将水中的污染物在吸附力及电场的作 用下，短时间内富集于电极表面，为后续电还原和氧化降解反应提供高浓度的污染物环境， 从而提高污染物的还原和降解效率，进而提高去除率，加快除污速度，可用于净化污水中有 机污染物、金属离子、以及一些复合非有机离子；并能广泛应用于流通型电容器，为多孔导 电材料的优化利用提供了一条新的途径。
图1是本发明的活性炭耐冲刷电极的结构示意图；图2是图1中A-A处的剖视结构示意图；图3是本发明的活性炭耐冲刷电极用于净化污水的使用状态示意图。图例说明1、活性炭耐冲刷电极；101、泡沫镍基体；102、活性炭混合材料；2、流通型电容器； 201、进水口 ；202、出水口 ；3、直流电源；4、空气泵。
具体实施例方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。实施例1 活性炭耐冲刷电极、及其制备方法一种如图1、图2所示的活性炭耐冲刷电极1，包括一泡沫镍基体101，泡沫镍基体 101表面及孔隙中附着填充有活性炭混合材料102，活性炭混合材料102包括活性炭、乙炔 黑、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素，活性炭混合材料102中活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯、羧甲 基纤维素的质量比为3 1.5 2 0.01875。活性炭耐冲刷电极1为片状，片状的活性炭 耐冲刷电极1上活性炭混合材料的载量为0. 45kg/m2 0. 50kg/m2。该活性炭耐冲刷电极1是通过以下步骤制备的(1)材料准备a.首先，称取IOg高比表面积的竹炭基活性炭粉末，其比表面积为800m2/g 2000m2/g，其颗粒大小为200目 300目；用0. lmol/L的HCl浸泡过夜，再用蒸馏水洗涤至 中性，然后，放入烘箱中，在105 °C条件下干燥2h后，备用；b.准备一泡沫镍基体101，泡沫镍基体101的孔隙率为80 % 98 % ；c.准备3g乙炔黑、去离子水；d.取用质量浓度为75%的聚四氟乙烯分散乳液，稀释成质量浓度为50%的聚四 氟乙烯分散乳液；e.取用分析纯或化学纯规格的羧甲基纤维素，并配制成质量浓度为0. 5%的羧甲 基纤维素溶液；(2)取6g预处理过的竹炭基活性炭粉末，并将其与3g乙炔黑均勻混合；(3)添加羧甲基纤维素向得到的活性炭和乙炔黑混合物中加入去离子水8mL，搅 拌Imin ；再加入配制的质量浓度为0. 5%的羧甲基纤维素溶液15mL，搅拌5min ；(4)添加聚四氟乙烯向步骤(3)得到的混合物中加入配制的质量浓度为50%的 聚四氟乙烯分散乳液7mL，搅拌至均勻糊状物出现；(5)压片将糊状物压成薄膜，再用压片机将薄膜与泡沫镍基体101压在一起，于 120°C条件下干燥30min，即得到上述的活性炭耐冲刷电极1。该活性炭耐冲刷电极去除水中Pb2+离子的应用方法上述的活性炭耐冲刷电极1去除水中Pb2+离子的应用方法，包括以下步骤(1)制备流通型电容器取一对上述实施例制得的活性炭耐冲刷电极1制成一如 图3所示的流通型电容器2，两个活性炭耐冲刷电极1之间的间距为2cm，流通型电容器2 内设有水流通道，水流通道上设有进水口 201和出水口 202 ；(2)连接电源将流通型电容器2与直流电源3连接，其中，一个活性炭耐冲刷电 极1与直流电源3的正极相连，一个活性炭耐冲刷电极1与直流电源3的负极相连；(3)净化污水从流通型电容器2的进水口 201通入含Pb2+浓度为250mg/L的溶 液，溶液的流速为60mL/min，污水在水流通道中通过时间为45min ；将直流电源3的电压恒 定在IV，流通型电容器2底部还外接有一空气泵4，用于为污染物去除和回收过程中的电化 学氧化还原反应提供气体，从流通型电容器2的出水口 202流出的液体，即为净化后的水。
在上述净化过程中，从流通型电容器2的出水口 202采取水样，经原子吸收光谱法 测定，水中的Pb2+的去除率基本稳定在75. 51%左右。实施例2 活性炭耐冲刷电极、及其制备方法一种如图1、图2所示的活性炭耐冲刷电极1，包括一泡沫镍基体101，泡沫镍基体 101表面及孔隙中附着填充有活性炭混合材料102，活性炭混合材料102包括活性炭、乙炔 黑、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素，活性炭混合材料102中活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯、羧甲 基纤维素的质量比为4 1 2.3 0.0375。活性炭耐冲刷电极1为片状，片状的活性炭 耐冲刷电极1上活性炭混合材料的载量为0. 45kg/m2 0. 50kg/m2。该活性炭耐冲刷电极1是通过以下步骤制备的(1)材料准备a.首先，称取IOg高比表面积的竹炭基活性炭粉末，其比表面积为1500m2/g 2500m2/g，其颗粒大小为300目 400目；用0. lmol/L的HCl浸泡过夜，再用蒸馏水洗涤至 中性，然后，放入烘箱中，在105 °C条件下干燥2h后，备用；b.准备一泡沫镍基体101，泡沫镍基体101的孔隙率为80% 98%。c.准备2g乙炔黑、去离子水；d.准备质量浓度为75%的聚四氟乙烯分散乳液，稀释成质量浓度为55%的聚四 氟乙烯分散乳液；e.准备分析纯或化学纯规格的羧甲基纤维素，配制质量浓度为的羧甲基纤维 素溶液；(2)取8g预处理过的竹炭基活性炭和2g乙炔黑均勻混合；(3)添加羧甲基纤维素向得到的活性炭和乙炔黑混合物中加入去离子水8mL，搅 拌Imin ；再加入配制的质量浓度为的羧甲基纤维素溶液15mL，搅拌5min ；(4)添加聚四氟乙烯向步骤(3)得到的混合物中加入配制的质量浓度为55%的 聚四氟乙烯分散乳液7mL，搅拌至均勻糊状物出现；(5)压片将糊状物压成薄膜，再用压片机将薄膜与泡沫镍基体101压在一起，于 120°C条件下干燥30min，即得到上述的活性炭耐冲刷电极1。该活性炭耐冲刷电极去除水中Cu2+离子的应用上述的活性炭耐冲刷电极1去除水中Cu2+离子的应用方法，包括以下步骤(1)制备流通型电容器取一对上述实施例制得的活性炭耐冲刷电极1制成如图3 所示的流通型电容器2，两个活性炭耐冲刷电极1之间的间距为4cm，流通型电容器2内设 有水流通道，水流通道上设有进水口 201和出水口 202 ；(2)连接电源将流通型电容器2与直流电源3连接，其中，一个活性炭耐冲刷电 极1与直流电源3的正极相连，一个活性炭耐冲刷电极1与直流电源3的负极相连；(3)净化污水从流通型电容器2的进水口 201通入含Cu2+浓度为250mg/L的溶 液，溶液的流速为SOmL/min ；污水在水流通道中通过时间为35min，将直流电源3的电压恒 定在5V，流通型电容器2底部还外接有一空气泵4，用于为污染物去除和回收过程中的电化 学氧化还原反应提供气体，从流通型电容器2的出水口 202流出的液体，即为净化后的水。在上述净化过程中，从流通型电容器2的出水口 202采取水样，经原子吸收光谱法测定，水中的Cu2+的去除率基本稳定在66. 01%左右。实施例3 活性炭耐冲刷电极及其制备一种如图1、图2所示的活性炭耐冲刷电极1，包括一泡沫镍基体101，泡沫镍基体 101表面及孔隙中附着填充有活性炭混合材料102，活性炭混合材料102包括活性炭、乙炔 黑、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素，活性炭混合材料102中活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯、羧甲 基纤维素的质量比为5 0.5 3. 1 0.07。活性炭耐冲刷电极1为片状，片状的活性炭 耐冲刷电极1上活性炭混合材料的载量为0. 45kg/m2 0. 50kg/m2。该活性炭耐冲刷电极1是通过以下步骤制备的(1)材料准备a.首先，称取IOg高比表面积的竹炭基活性炭粉末，其比表面积为2000m2/g 3000m2/g，其颗粒大小为400目 500目；用0. lmol/L的HCl浸泡过夜，再用蒸馏水洗涤至 中性，然后，放入烘箱中，在105 °C条件下干燥2h后，备用；b.准备一泡沫镍基体101，泡沫镍基体101的孔隙率为80 % 98 %。c.准备0. 8g乙炔黑、去离子水；d.准备质量浓度为75 %的聚四氟乙烯分散乳液，稀释成质量浓度为60 %的聚四 氟乙烯分散乳液；e.准备分析纯或化学纯规格的羧甲基纤维素，配制质量浓度为1. 5%的羧甲基纤 维素溶液；(2)取8g预处理过的竹炭基活性炭和0. Sg乙炔黑均勻混合；(3)添加羧甲基纤维素向得到的活性炭和乙炔黑混合物中加入去离子水8mL，搅 拌Imin ；再加入配制的质量浓度为1. 5%的羧甲基纤维素溶液15mL，搅拌5min ；(4)添加聚四氟乙烯向步骤(3)得到的混合物中加入配制的质量浓度为60%的 聚四氟乙烯分散乳液7mL，搅拌至均勻糊状物出现；(5)压片将糊状物压成薄膜，再用压片机将薄膜与泡沫镍基体101压在一起，于 120°C条件下干燥30min，即得到上述的活性炭耐冲刷电极1。该活性炭耐冲刷电极去除水中Cr3+离子的应用上述的活性炭耐冲刷电极1去除水中Cr3+离子的应用方法，包括以下步骤(1)制备流通型电容器取一对上述实施例制得的的活性炭耐冲刷电极1制成一 如图3所示的流通型电容器2，两个活性炭耐冲刷电极1之间的间距为8cm，流通型电容器 2内设有水流通道，水流通道上设有进水口 201和出水口 202 ；(2)连接电源将流通型电容器2与直流电源3连接，其中，一个活性炭耐冲刷电 极1与直流电源3的正极相连，一个活性炭耐冲刷电极1与直流电源3的负极相连；(3)净化污水从流通型电容器2的进水口 201通入含Cr3+浓度为250mg/L的溶 液，溶液的流速为lOOmL/min ；将直流电源3的电压恒定在IV，流通型电容器2底部还外接 有一空气泵4，用于为污染物去除和回收过程中的电化学氧化还原反应提供气体，污水在水 流通道中通过时间为25mim，从流通型电容器2的出水口 202流出的液体，即为净化后的水。在上述净化过程中，从流通型电容器2的出水口 202采取水样，经原子吸收光谱法 测定，水中的Cr3+的去除率基本稳定在55. 40%左右。
实施例4
活性炭耐冲刷电极及其制备一种如图1、图2所示的活性炭耐冲刷电极1，包括一泡沫镍基体101，泡沫镍基体 101表面及孔隙中附着填充有活性炭混合材料102，活性炭混合材料102包括活性炭、乙炔 黑、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素，活性炭混合材料102中活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯、羧甲 基纤维素的质量比为6 1.5 5.5 0.15。活性炭耐冲刷电极1为片状，片状的活性炭 耐冲刷电极1上活性炭混合材料的的载量为0. 45kg/m2 0. 50kg/m2。该活性炭耐冲刷电极1是通过以下步骤制备的(1)材料准备a.首先，称取IOg高比表面积的竹炭基活性炭粉末，其比表面积为800m2/g 2000m2/g，其颗粒大小为200目 300目；用0. lmol/L的HCl浸泡过夜，再用蒸馏水洗涤至 中性，然后，放入烘箱中，在105 °C条件下干燥2h后，备用；b.准备一泡沫镍基体101，泡沫镍基体101的孔隙率为80% 98%。c.准备1. 5g乙炔黑、去离子水；d.准备质量浓度为75 %的聚四氟乙烯分散乳液，稀释成质量浓度为65 %的聚四 氟乙烯分散乳液；e.准备分析纯或化学纯规格的羧甲基纤维素，配制质量浓度为2. 0%的羧甲基纤 维素溶液；(2)取6g预处理过的竹炭基活性炭和1. 5g乙炔黑均勻混合；(3)添加羧甲基纤维素向得到的活性炭和乙炔黑混合物中加入去离子水8mL，搅 拌Imin ；再加入配制的质量浓度为2. 0%的羧甲基纤维素溶液15mL，搅拌5min ；(4)添加聚四氟乙烯向步骤(3)得到的混合物中加入配制的质量浓度为65%的 聚四氟乙烯分散乳液7mL，搅拌至均勻糊状物出现；(5)压片将糊状物压成薄膜，再用压片机将薄膜与泡沫镍基体101压在一起，于 120°C条件下干燥30min，即得到上述的活性炭耐冲刷电极1。该活性炭耐冲刷电极去除水中酸性品红的应用上述的活性炭耐冲刷电极1去除水中酸性品红的应用方法，包括以下步骤(1)制备流通型电容器取一对上述实施例制得的的活性炭耐冲刷电极1制成一 如图3所示的流通型电容器2，两个活性炭耐冲刷电极1之间的间距为12cm，流通型电容器 2内设有水流通道，水流通道上设有进水口 201和出水口 202 ；(2)连接电源将流通型电容器2与直流电源3连接，其中，一个活性炭耐冲刷电 极1与直流电源3的正极相连，一个活性炭耐冲刷电极1与直流电源3的负极相连；(3)净化污水从流通型电容器2的进水口 201通入含酸性品红浓度为200mg/L 的溶液，溶液的流速为60mL/min ；污水在水流通道中通过时间为30min，将直流电源3的电 压恒定在IV，流通型电容器2底部还外接有一空气泵4，用于为污染物去除和回收过程中的 电化学氧化还原反应提供气体，从流通型电容器2的出水口 202流出的液体，即为净化后的 水。在上述净化过程中，从流通型电容器2的出水口 202采取水样，经可见分光光度法 测定，水中的酸性品红的去除率基本稳定在91. 76%左右。
实施例5:活性炭耐冲刷电极及其制备一种如图1、图2所示的活性炭耐冲刷电极1，包括一泡沫镍基体101，泡沫镍基体 101表面及孔隙中附着填充有活性炭混合材料102，活性炭混合材料102包括活性炭、乙炔 黑、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素，活性炭混合材料102中活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯、羧甲 基纤维素的质量比为6 1 6 0.1875。活性炭耐冲刷电极1为片状，片状的活性炭耐 冲刷电极1上活性炭混合材料的载量为0. 45kg/m2 0. 50kg/m2。该活性炭耐冲刷电极1是通过以下步骤制备的(1)材料准备a.首先，称取IOg高比表面积的竹炭基活性炭粉末，其比表面积为1500m2/g 2500m2/g，其颗粒大小为300目 400目；用0. lmol/L的HCl浸泡过夜，再用蒸馏水洗涤至 中性，然后，放入烘箱中，在105 °C条件下干燥2h后，备用；b.准备一泡沫镍基体101，泡沫镍基体101的孔隙率为80% 98%。c.准备6g乙炔黑、去离子水；d.准备质量浓度为75%的聚四氟乙烯分散乳液，稀释成质量浓度为70%的聚四 氟乙烯分散乳液；e.准备分析纯或化学纯规格的羧甲基纤维素，配制成质量浓度为2. 5%的羧甲基 纤维素溶液；(2)取6g预处理过的竹炭基活性炭和Ig乙炔黑均勻混合；(3)添加羧甲基纤维素向得到的活性炭和乙炔黑混合物中加入去离子水8mL，搅 拌Imin ；再加入配制的质量浓度为2. 5%的羧甲基纤维素溶液15mL，搅拌5min ；(4)添加聚四氟乙烯向步骤(3)得到的混合物中加入配制的质量浓度为70%的 聚四氟乙烯分散乳液7mL，搅拌至均勻糊状物出现；(5)压片将糊状物压成薄膜，再用压片机将薄膜与泡沫镍基体101压在一起，于 120°C条件下干燥30min，即得到上述的活性炭耐冲刷电极1。该活性炭耐冲刷电极去除水中罗丹明B的应用上述的活性炭耐冲刷电极1去除水中罗丹明B的应用方法，包括以下步骤(1)制备流通型电容器取一对上述实施例制得的的活性炭耐冲刷电极1制成一 如图3所示的流通型电容器2，两个活性炭耐冲刷电极1之间的间距为16cm，流通型电容器 2内设有水流通道，水流通道上设有进水口 201和出水口 202 ；(2)连接电源将流通型电容器2与直流电源3连接，其中，一个活性炭耐冲刷电 极1与直流电源3的正极相连，一个活性炭耐冲刷电极1与直流电源3的负极相连；(3)净化污水从流通型电容器2的进水口 201通入含罗丹明B浓度为50mg/L的 溶液，溶液的流速为SOmL/min ；污水在水流通道中通过时间为35min，将直流电源3的电压 恒定在IV，流通型电容器2底部还外接有一空气泵4，用于为污染物去除和回收过程中的电 化学氧化还原反应提供气体，从流通型电容器2的出水口 202流出的液体，即为净化后的 水。在上述净化过程中，从流通型电容器2的出水口 202采取水样，经紫外分光光度法 测定，水中的罗丹明B的去除率基本稳定在86. 02%左右。
实施例6:活性炭耐冲刷电极及其制备一种如图1、图2所示的活性炭耐冲刷电极1，包括一泡沫镍基体101，泡沫镍基体 101表面及孔隙中附着填充有活性炭混合材料102，活性炭混合材料102包括活性炭、乙炔 黑、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素，活性炭混合材料102中活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯、羧甲 基纤维素的质量比为7 0.5 6.5 0.225。活性炭耐冲刷电极1为片状，片状的活性炭 耐冲刷电极1上活性炭混合材料的载量为0. 45kg/m2 0. 50kg/m2。该活性炭耐冲刷电极1是通过以下步骤制备的(1)材料准备a.首先，称取IOg高比表面积的竹炭基活性炭粉末，其比表面积为2000m2/g 3000m2/g，其颗粒直径为400目 500目；用0. lmol/L的HCl浸泡过夜，再用蒸馏水洗涤至 中性，然后，放入烘箱中，在105 °C条件下干燥2h后，备用；b.准备一泡沫镍基体101，泡沫镍基体101的孔隙率为80% 98%。c.准备0. 5g乙炔黑、去离子水；d.准备质量浓度为75%的聚四氟乙烯分散乳液；e.准备分析纯或化学纯规格的羧甲基纤维素，配制质量浓度为3. 0%的羧甲基纤 维素溶液；(2)取7g预处理过的竹炭基活性炭和0. 5g乙炔黑均勻混合；(3)添加羧甲基纤维素向得到的活性炭和乙炔黑混合物中加入去离子水8mL，搅 拌Imin ；再加入配制的质量浓度为3. 0%的羧甲基纤维素溶液15mL，搅拌5min ；(4)添加聚四氟乙烯向步骤(3)得到的混合物中加入配制的质量浓度为75%的 聚四氟乙烯分散乳液7mL，搅拌至均勻糊状物出现；(5)压片将糊状物压成薄膜，再用压片机将薄膜与泡沫镍基体101压在一起，于 120°C条件下干燥30min，即得到上述的活性炭耐冲刷电极1。该活性炭耐冲刷电极去除水中苯酚的应用上述的活性炭耐冲刷电极1去除水中苯酚的应用方法，包括以下步骤(1)制备流通型电容器取一对上述实施例制得的的活性炭耐冲刷电极1制成一 如图3所示的流通型电容器2，两个活性炭耐冲刷电极1之间的间距为20cm，流通型电容器 2内设有水流通道，水流通道上设有进水口 201和出水口 202 ；(2)连接电源将流通型电容器2与直流电源3连接，其中，一个活性炭耐冲刷电 极1与直流电源3的正极相连，一个活性炭耐冲刷电极1与直流电源3的负极相连；(3)净化污水从流通型电容器2的进水口 201通入含苯酚浓度为500mg/L的溶 液，溶液的流速为120mL/min，污水在水流通道中通过时间为25min，将直流电源3的电压恒 定在IV，流通型电容器2底部还外接有一空气泵4，用于为污染物去除和回收过程中的电化 学氧化还原反应提供气体，从流通型电容器2的出水口 202流出的液体，即为净化后的水。在上述净化过程中，从流通型电容器2的出水口 202采取水样，经4-氨基安替比林比色法测定，水中苯酚的去除率基本稳定在88. 06%左右。本发明的活性炭耐冲刷电极的应用不仅仅局限于去除上述实施例列举的污染物， 其还可用于净化污水中其它有机污染物、重金属离子以及一些复合非有机离子；本发明的活性炭耐冲刷电极也不仅限于在上述流通型电容器中的应用，将其应用到其他除污设备但应用方法与本发明无实质性差异的技术方案均在本发明的保护范围内。
权利要求
一种活性炭耐冲刷电极，包括一泡沫镍基体，其特征在于所述泡沫镍基体表面及孔隙中附着填充有活性炭混合材料，所述活性炭混合材料包括活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素，所述活性炭混合材料中活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素的质量比为(3～7)∶(0.5～1.5)∶(2～6.5)∶(0.01～0.25)。
2.根据权利要求1所述的活性炭耐冲刷电极，其特征在于所述活性炭耐冲刷电极为 片状，所述片状的活性炭耐冲刷电极上活性炭混合材料的载量为0. 45kg/m2 0. 50kg/m2。
3.根据权利要求1或2所述的活性炭耐冲刷电极，其特征在于所述活性炭为竹炭基 活性炭，其比表面积为800m2/g 3000m2/g，其颗粒大小为200目 500目。
4.根据权利要求1或2所述的活性炭耐冲刷电极，其特征在于所述泡沫镍基体的孔 隙率为80% 98%。
5.一种活性炭耐冲刷电极的制备方法，包括以下步骤(1)材料准备准备一泡沫镍基体；取3 7份质量的活性炭和0.5 1. 5份质量的乙 炔黑均勻混合；另取2 7份质量的聚四氟乙烯，配制成聚四氟乙烯分散乳液；再取0. 01 0. 25份质量的羧甲基纤维素，配制成羧甲基纤维素溶液；(2)添加羧甲基纤维素向上述活性炭和乙炔黑的混合物中加入去离子水，搅拌均勻， 然后向其中加入准备好的羧甲基纤维素溶液，搅拌均勻；(3)添加聚四氟乙烯向上述步骤(2)得到的混合物中加入准备的聚四氟乙烯分散乳 液，搅拌至均勻糊状物出现；(4)压片将所述糊状物压成薄膜，然后将所述薄膜与上述泡沫镍基体压在一起，于 105°C 120°C条件下干燥，得到所述活性炭耐冲刷电极。
6.根据权利要求5所述的活性炭耐冲刷电极的制备方法，其特征在于所述羧甲基纤 维素溶液的质量浓度为0. 05% 3%，所述的聚四氟乙烯分散乳液的质量浓度为50% 75%。
7.一种用如权利要求1 4中任一项所述的活性炭耐冲刷电极净化污水的应用方法， 包括以下步骤(1)制备流通型电容器取一对以上的活性炭耐冲刷电极制成一流通型电容器，所述 流通型电容器内设有水流通道，所述水流通道上设有进水口和出水口；(2)连接电源将所述流通型电容器与电源连接，其中，一半数量的所述活性炭耐冲刷 电极与电源的正极相连，另一半数量的活性炭耐冲刷电极与电源的负极相连；(3)净化污水在所述流通型电容器的进水口通入流速为60mL/min 120mL/min的待 净化的污水，污水在所述水流通道中通过时间为IOmin 45min，则从所述流通型电容器的 出水口即可获得净化后的水。
8.根据权利要求7所述的活性炭耐冲刷电极净化污水的应用方法，其特征在于所述 流通型电容器中相邻的两个活性炭耐冲刷电极之间的间距为2cm 20cm。
9.根据权利要求7或8所述的活性炭耐冲刷电极净化污水的应用方法，其特征在于 所述电源的电压为IV 40V。
全文摘要
本发明属于污水处理领域及多孔导电材料领域，具体公开了一种活性炭耐冲刷电极及其制备方法和应用，包括一泡沫镍基体，泡沫镍基体表面及孔隙中附着填充有活性炭混合材料，活性炭混合材料包括活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素，活性炭混合材料中活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素的质量比为(3～7)∶(0.5～1.5)∶(2～6.5)∶(0.01～0.25)；该活性炭耐冲刷电极的制备方法，包括材料准备、添加羧甲基纤维素、添加聚四氟乙烯、压片等步骤；该活性炭耐冲刷电极净化污水的应用方法包括制备流通型电容器、连接电源、净化污水等步骤。本发明具有制作简单、经济耐用、耐冲刷性能好、除污速度快等优点。
文档编号C02F1/46GK101811754SQ20101017282
公开日2010年8月25日 申请日期2010年5月17日 优先权日2010年5月17日
发明者刘军, 刘楠, 刘洪波, 夏畅斌, 孟秋节, 张玲, 曹忠, 朱锦涛, 李丹, 王珂, 纪首峰, 赵素梅, 郭苏丽, 龙婷 申请人:长沙理工大学