一种鱼骨炭除氟电极的制作方法与流程

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种鱼骨炭除氟电极的制作方法。

背景技术：

电吸附的原理主要是在施加电位时,在电极溶液界面形成双电层。当电极通电时,电极的电荷被带相反电荷的离子或带电粒子在双电层的电解液一侧通过吸附补偿,或通过在外亥姆霍兹面，与扩散层富集相反电荷得到补偿。这样离子或带电粒子就会在电极表面富集浓缩,使被处理水中的盐类、胶体颗粒及其它带电物质的浓度大大降低,从而实现水的除盐、去硬、淡化和净化。综上所述，鱼骨炭吸附氟具有性能稳定、取材方便、价格低廉、处理效率高等优点，电吸附技术一方面能增加吸附剂的吸附容量，一方面能实现无污染的二次再生。

目前有多种方法可以有效降低水体中的氟含量，常规方法有：沉淀法，离子交换法，吸附法，反渗透法，电渗析法，纳米过滤法等。其中，吸附法具有制作简易，原料易得，运行费用低等特点，在实际中应用广泛。将骨炭作为除氟吸附剂，在国内外已得到大量的研究和应用。n.a.medellin-castillo等人的研究表明，鱼骨中含有丰富的羟基磷灰石，可通过表面电荷与溶液中的氟离子发生吸附，从而很好地去除水中的氟离子。同时，研究表明，粒状骨炭(125-200μm)的饱和吸附量约为2.5mg/g，而粉末骨炭小于72μm的饱和吸附量约为4.0mg/g。但由于骨炭粒径小，将增大吸附柱水头损失，在实际应用当中并不理想。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种新型鱼骨炭除氟电极的制备方法，目的是进一步开发鱼下脚料的价值，达到废物利用、减少环境污染的目的，同时为除氟材料制备提供一个新方法。

一种鱼骨炭除氟电极的制作方法，包括以下步骤：

1)将鱼骨清洗烘干、初步粉碎，并置于研磨机中研磨得到鱼骨粉；

2)将鱼骨粉置于真空管式炉中炭化，得到鱼骨炭；

3)取鱼骨炭、聚偏氟乙稀(pvdf)以及炭黑搅拌均匀使其充分混合，得到混合物；

4)向所得混合物中边搅拌边加入n,n-二甲基乙酰胺，直至得到浆料，将浆料搅拌混合2-4h；

5)将搅拌后的浆料均匀地涂布于的电极片上，将涂有浆料的电极片放入烘箱中烘干，得鱼骨炭除氟电极。

按上述方案，步骤1中清洗鱼骨是在80～100℃的热水中清洗杂质；利用50～100℃的烘箱烘干；用万能粉碎机粉碎，每次粉碎时间10～20s，每两次粉碎间隔1～5min，如此重复10～20次，并过100目筛；将初步粉碎的鱼骨在行星式研磨机在400rad/min下分4次研磨，每次10min，每两次研磨间隔5min，得平均粒径为48.55μm的鱼骨粉。

按上述方案，步骤2中鱼骨粉在管式炉中炭化，以氮气为保护气体，升温速率为5℃/min，升温至500℃，恒温1h后，自然冷却至室温，鱼骨炭平均粒径约为48.51μm。

按上述方案，步骤3中鱼骨炭、pvdf以及炭黑质量比为16：3：1。

按上述方案，步骤4中的n,n-二甲基乙酰胺的用量按每3g混合物制得25ml浆料。

按上述方案，步骤4中浆料搅拌300rad/min。

按上述方案，步骤5中烘干温度为60℃。

本发明中鱼骨炭的主要成分为羟基磷灰石，并具有多孔结构，可通过离子交换、吸附、溶解沉淀等方式对氟进行去除。鱼骨炭除氟电极可在低能耗下对氟离子进行有效的去除。因而，本发明在处理含氟污水方面具有推广价值。

附图说明

图1：实施例1所得鱼骨炭电极对10mg/l的氟离子溶液的吸附量曲线图；

图2：实施例2所得鱼骨炭电极对40mg/l的氟离子溶液的吸附量曲线图；

图3：实施例3所得鱼骨炭电极对60mg/l的氟离子溶液的吸附量曲线图。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1：

鱼骨炭电极的制备：

(1)将鱼骨清洗烘干、初步粉碎，并置于行星式研磨机中以400rad/min下分4次研磨，每次10min，每两次研磨间隔5min，即一共研磨40min，得到鱼骨粉。

(2)所得的鱼骨粉在管式炉中炭化，以氮气为保护气体，升温速率为5℃/min，升温至500℃，恒温1h后，自然冷却至室温，得到鱼骨炭。

(3)别称取鱼骨炭、pvdf以及炭黑2.400g、0.450g、0.150g(即质量比为16：3：1)于烧杯中，搅拌均匀使其充分混合，得到混合物；

(4)向3)中的混合物中边搅拌边缓慢加入n,n-二甲基乙酰胺，直至得到总体积约为25ml的浆料，并将浆料在搅拌器中以300rad/min的转速混合3h；

(5)将4)中得到的搅拌后的浆料均匀地涂布于的电极片上。将涂有浆料的电极片放入烘箱中，在60℃下烘干至恒重，即制备得鱼骨炭除氟电极。

吸附实验及检测

(1)配制200ml，浓度为10mg/l的氟离子溶液两份；

(2)在两个反应槽中各插入两片电极片，并将涂有吸附材料的一面相对，反应槽连接蠕动泵,调节蠕动泵速度，使水流流量为25ml/min；

(3)在其中一组装置的两片电极片上分别接上正负极，调节电压为1.0v；

(4)将氟离子溶液分别倒入反应槽中，并开始计时，分别在时间为0min，5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、1h、2h、4h、6h、8h时取样，按照国标gb7483-87进行监测。

静态吸附和加1.0v电压下，鱼骨炭电极对10mg/l的氟离子溶液的吸附量曲线图如图1所示，在外加电压下的吸附量为4.12mg/g，静态吸附为3.51mg/g。因此，电吸附的饱和吸附量明显大于静态吸附的饱和吸附量，且饱和时间略小于静态吸附。

实施例2：

鱼骨炭电极的制备

(1)将鱼骨清洗烘干、初步粉碎，并置于行星式研磨机中以400rad/min下分4次研磨，每次10min，每两次研磨间隔5min，即一共研磨40min，得到鱼骨粉。

(2)所得的鱼骨粉在管式炉中炭化，以氮气为保护气体，升温速率为5℃/min，升温至500℃，恒温1h后，自然冷却至室温，得到鱼骨炭。

(3)别称取鱼骨炭、pvdf以及炭黑2.400g、0.450g、0.150g(即质量比为16：3：1)于烧杯中，搅拌均匀使其充分混合，得到混合物；

(4)向3)中的混合物中边搅拌边缓慢加入n,n-二甲基乙酰胺，直至得到总体积约为25ml的浆料，并将浆料在搅拌器中以300rad/min的转速混合3h；

(5)将4)中得到的搅拌后的浆料均匀地涂布于的电极片上。将涂有浆料的电极片放入烘箱中，在60℃下烘干至恒重，即制备得鱼骨炭除氟电极。

吸附实验及检测

(1)配制200ml，浓度为40mg/l的氟离子溶液两份；

(2)在两个反应槽中各插入两片电极片，并将涂有吸附材料的一面相对，反应槽连接蠕动泵,调节蠕动泵速度，使水流流量为25ml/min；

(3)在其中一组装置的两片电极片上分别接上正负极，调节电压为1.0v；

(4)将氟离子溶液分别倒入反应槽中，并开始计时，分别在时间为0min，5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、1h、2h、4h、6h、8h时取样，按照国标gb7483-87进行监测。

静态吸附和加1.0v电压下，鱼骨炭电极对60mg/l的氟离子溶液的吸附量曲线图如图2所示，在外加电压下的吸附量为4.72mg/g，静态吸附为4.08mg/g。因此，电吸附的饱和吸附量明显大于静态吸附的饱和吸附量，且饱和时间略小于静态吸附。

实施例3：

鱼骨炭电极的制备

(1)将鱼骨清洗烘干、初步粉碎，并置于行星式研磨机中以400rad/min下分4次研磨，每次10min，每两次研磨间隔5min，一共研磨40min，得到鱼骨粉。

(2)所得的鱼骨粉在管式炉中炭化，以氮气为保护气体，升温速率为5℃/min，升温至500℃，恒温1h后，自然冷却至室温，得到鱼骨炭。

(3)别称取鱼骨炭、pvdf以及炭黑2.400g、0.450g、0.150g(即质量比为16：3：1)于烧杯中，搅拌均匀使其充分混合，得到混合物；

(4)向3)中的混合物中边搅拌边缓慢加入n,n-二甲基乙酰胺，直至得到总体积约为25ml的浆料，并将浆料在搅拌器中以300rad/min的转速混合3h；

(5)将4)中得到的搅拌后的浆料均匀地涂布于的电极片上。将涂有浆料的电极片放入烘箱中，在60℃下烘干至恒重，即制备得鱼骨炭除氟电极。

吸附实验及检测

(1)配制200ml，浓度为60mg/l的氟离子溶液两份；

(2)在两个反应槽中各插入两片电极片，并将涂有吸附材料的一面相对，反应槽连接蠕动泵,调节蠕动泵速度，使水流流量为25ml/min；

(3)在其中一组装置的两片电极片上分别接上正负极，调节电压为1.0v；

(4)将氟离子溶液分别倒入反应槽中，并开始计时，分别在时间为0min，5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、1h、2h、4h、6h、8h时取样，按照国标gb7483-87进行监测。

静态吸附和加1.0v电压下，鱼骨炭电极对60mg/l的氟离子溶液的吸附量曲线图如图3所示，在外加电压下的吸附量为10.94mg/g，静态吸附为7.74mg/g。因此，电吸附的饱和吸附量明显大于静态吸附的饱和吸附量，且饱和时间略小于静态吸附。

本具体实施例生产的鱼骨炭电极制作方法简便，合理地利用了鱼下脚料这一废弃资源，变废为宝。制得的鱼骨炭电极具有吸附效果好、无对环境的二次污染、廉价易得、耗能低等优点，具有广阔的推广、应用前景。

本发明是通过具体实施例过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方案。