電吸附去除水中Fe3+研究

黃成思，蘇 斌，段小月

(吉林師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 四平 136000)

電吸附去除水中Fe3+研究

黃成思，蘇 斌，段小月

(吉林師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 四平 136000)

采用活性炭纖維電極電吸附水中Fe3+，研究電壓、Fe3+初始濃度、pH值、溫度對電吸附去除水中Fe3+效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著電壓升高，F(xiàn)e3+去除率升高；Fe3+初始濃度越大，F(xiàn)e3+去除率降低，但活性炭纖維的吸附容量增大；溶液的pH值偏堿性時，F(xiàn)e3+的去除率較高；溫度越高，F(xiàn)e3+去除率也越高，但是溫度高于40 ℃時，由于溶液蒸發(fā)，F(xiàn)e3+濃度降低較慢。此外，活性炭纖維電極再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活性炭纖維電吸附Fe3+之后電極具有良好的再生性。

活性炭纖維；電吸附；Fe3+；再生

電吸附技術(shù)是通過在電極表面施加電壓，使帶電離子向相反的電極運(yùn)動并儲存在電極的雙電層中，從而達(dá)到去除水中離子的目的[1-2]。當(dāng)電極達(dá)到飽和后，將電極反接，在電極與吸附離子之間的靜電斥力作用下，離子從電極上脫附下來，電極得到再生[3-4]。因此，電吸附技術(shù)除了具有投資少、能耗低、無二次污染的優(yōu)點(diǎn)外，電極還極易再生，循環(huán)壽命長，是一種既經(jīng)濟(jì)又有效的去除水中離子的方法[5-7]?；钚蕴坷w維由于其比表面積大，孔洞結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，成為電吸附技術(shù)的一種常用電極材料[8]。本研究即利用活性炭纖維電極電吸附水中Fe3+，研究電壓、Fe3+離子初始濃度、溶液pH值、溫度對Fe3+去除率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 活性炭纖維的預(yù)處理

將活性炭纖維剪成3 cm×5 cm大小，利用超純水洗凈，放入烘箱中120 ℃下烘干。

1.2 電吸附實(shí)驗(yàn)

取20 mL一定濃度的FeCl3溶液置于小玻璃槽中，將兩個與電源相連的活性炭纖維電極緊貼槽壁置于溶液中，電極上施加一定的電壓，每10 min測一次溶液中Fe3+的濃度，直至濃度不再下降。然后，將電極反接20 min，電極得到再生。溶液中Fe3+的濃度利用溶液的電導(dǎo)率測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 電壓對電吸附效果的影響

電吸附過程是利用靜電引力吸附水中離子，所以電壓是影響電吸附效果的最主要因素。為了考察電壓對活性炭纖維電吸附水中Fe3+的影響，在溫度為25 ℃，F(xiàn)e3+初始濃度為1 mmol/L，pH值未調(diào)的條件下，分別施加0.9 V，1.2 V，1.5 V，1.8 V的電壓進(jìn)行電吸附研究，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在施加電壓范圍內(nèi)，隨著電壓的增大，F(xiàn)e3+去除率逐漸升高。當(dāng)吸附平衡時，在0.9 V的電壓下，F(xiàn)e3+去除率為45.1%；而電壓升到1.8 V時，F(xiàn)e3+去除率達(dá)到69.0%，約為0.9 V時的1.5倍。

圖1 不同電壓下Fe3+去除率隨時間變化曲線

2.2 Fe3+初始濃度對電吸附效果的影響

溶液中Fe3+的初始濃度也是影響吸附效果的重要因素之一。圖2為1.5 V電壓、25 ℃溫度、pH值未調(diào)條件下，F(xiàn)e3+的初始濃度(0.25 mmol/L，0.5 mmol/L，1 mmol/L，1.5 mmol/L和2 mmol/L)對電吸附Fe3+去除率的影響曲線。由圖2可知，在不同F(xiàn)e3+初始濃度下，隨著電吸附時間的延長，F(xiàn)e3+去除率都逐漸升高，且Fe3+的初始濃度越低，達(dá)到吸附平衡后，F(xiàn)e3+最終去除率越高。根據(jù)活性炭纖維電極質(zhì)量與Fe3+去除量計(jì)算，F(xiàn)e3+初始濃度為0.25 mmol/L，0.5 mmol/L，1 mmol/L，1.5 mmol/L和2 mmol/L時，活性炭纖維的吸附容量分別為0.017 mmol/g，0.030 mmol/g，0.051 mmol/g，0.054 mmol/g和0.056 mmol/g?？梢姡S著Fe3+初始濃度的增加，雖然Fe3+去除率降低，但活性炭纖維的吸附容量升高。

圖2 不同初始濃度下Fe3+去除率隨時間變化曲線

2.3 pH值對電吸附效果的影響

pH值影響離子在溶液中的存在狀態(tài)，所以測試了溶液pH值分別為3.0，6.0和8.0時，在電壓1.5 V，溫度25 ℃，F(xiàn)e3+離子初始濃度為1 mmol/L的條件下，F(xiàn)e3+去除率隨時間變化的情況，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，當(dāng)溶液pH值為3.0和6.0時，溶液中Fe3+去除率無明顯區(qū)別，而當(dāng)溶液pH值進(jìn)一步升高至8.0時，F(xiàn)e3+去除率迅速升高。這可能是因?yàn)樵诟遬H值下，部分Fe3+形成以膠體形式存在的Fe(OH)3，更有利于Fe3+的去除。

圖3 不同pH值下Fe3+去除率隨時間變化曲線

2.4 溫度對電吸附效果的影響

在電壓為1.5 V，F(xiàn)e3+初始濃度為1 mmol/L，pH值未調(diào)的情況下，研究溫度對Fe3+去除率的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，隨著溫度的升高，F(xiàn)e3+去除率先升高，后下降。這可能是因?yàn)椋S著溫度的升高，溶液中離子運(yùn)動速度加快，有利于在短時間內(nèi)快速去除離子，但當(dāng)溫度過高(40 ℃)時，可能會使溶液中水蒸發(fā)加快，溶液離子濃度升高，F(xiàn)e3+濃度降低較慢。

圖4 不同溫度下Fe3+去除率隨時間變化曲線

2.5 電極再生

電吸附過程的一大優(yōu)點(diǎn)是將電極反接或斷電即可實(shí)現(xiàn)電極再生。圖5為活性炭纖維電吸附Fe3+四個循環(huán)的吸附和脫附情況。由圖5可知，與第一個循環(huán)相比，第二個循環(huán)中的吸附率略有下降，而脫附率上升。之后，吸附率和脫附率均沒有明顯變化，說明電吸附Fe3+之后的活性炭纖維電極具有良好的再生性。

圖5 活性炭纖維電極對Fe3+電吸附/脫附循環(huán)

3 結(jié)論

(1)電壓越高，電吸附Fe3+去除率越大。當(dāng)吸附平衡時，1.8 V電壓下Fe3+去除率約為0.9 V時的1.5倍。

(2)隨著Fe3+初始濃度的增大，F(xiàn)e3+去除率逐漸下降，但Fe3+在單位質(zhì)量活性炭纖維上的吸附容量卻逐漸上升。

(3)溶液的pH值偏堿性時，F(xiàn)e3+的去除率較高。

(4)隨著溫度的升高，F(xiàn)e3+的去除率升高，但溫度過高，由于溶液蒸發(fā)嚴(yán)重，F(xiàn)e3+濃度降低較慢。

(5)第二個吸附/脫附循環(huán)與第一個循環(huán)相比Fe3+的吸附率和脫附率有變化外，之后的循環(huán)均無明顯變化，說明活性炭纖維電吸附Fe3+具有良好的再生性。

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(責(zé)任編校：李秀榮)

A Study on Electro-adsorption of Fe3+in Water

HUANG Cheng-si， SU Bin， DUAN Xiao-yue

(School of Environmental Science and Engineering， Jilin Normal University， Siping 136000， China)

In this study， the activated carbon fiber electrodes are used to remove Fe3+in water by electro-adsorption and the influence of voltage，initial concentration of Fe3+， pH value， and temperature on the removal ratio of Fe3+is investigated. The results show that， with the increasing voltage， the Fe3+removal ratio increases， that the bigger the initial concentration of Fe3+is ， the smaller the Fe3+removal ratio is， but the adsorption capacity of the activated carbon fiber increases， that when the pH of the solution is alkaline， Fe3+removal ratio increase with rising temperature ， but when the temperature is higher than 40 ℃， Fe3 +concentration decreases slowly due to the evaporation of the solution. In addition， testing of the regeneration of activated carbon fiber indicates that the activated carbon fiber electrode， after used for electro-adsorption of Fe3+， has good reproducibility.

activated carbon fiber；electro-adsorption； Fe3+； regeneration

O657.13

A

1672-349X(2015)06-0054-03

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2015.06.020