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电吸附水处理模块的设计及性能研究

作　者: 张志超
导　师: 曹兵
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 电吸附炭气凝胶电吸附水处理模块
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电吸附法利用电化学方法去除溶液中的离子,从而实现溶液的脱盐净化。电吸附水处理模块的电极板具有很高的比表面积,电极板与外加电源相连接,离子在电场的作用下向电极板迁移,并最终被吸附在电极-溶液表面的双电层上,从而实现溶液的净化。电吸附水处理技术具有压降小、能耗低、无二次污染、投资少、循环寿命长(10万次以上)和再生容易等优点,被认为是一种有效而经济的水脱盐方法。本文研究了电吸附水处理模块电压、进水浓度和流速对电吸附的影响,实验表明,电吸附水处理模块的最佳工作电压是1.2V,吸附量随着进水浓度的增加而增加,而吸附量随着进水速度的增大先增大后减小,最佳进水速度为40ml/min。同时在实验中还研究了同周期、同主族元素离子的吸附规律,以及重金属离子的吸附规律,实验表明,同周期、同主族的离子随着原子序数的增加吸附速度减小,吸附量与离子的水合离子半径成反比；因为在电吸附过程中溶液的pH值会增大,重金属离子会生成沉淀,所以在吸附过程中要考虑重金属离子完全沉淀的pH值范围,防止电极板被生成的沉淀污染。本文还介绍了一种新型电吸附水处理模块,研究了不同电极板数目的新型电吸附水处理模块的电极板间电压的变化,研究了新型电吸附水处理模块的循环吸脱附、不同吸附材料的性能比较以及离子的吸附规律,实验表明,新型电吸附水处理模块的最佳电极板数为6片；在电吸附过程中,物理吸附量占总吸附量的47%；测试活性炭和炭气凝胶的吸附性能时发现,活性炭的吸附量为炭气凝胶吸附量的1.6倍,活性炭的吸附时间为炭气凝胶的2倍,活性炭的工作电流为炭气凝胶的2倍,脱附再生时间相同；在测试离子的吸附规律时发现,离子的吸附速度与离子的质核比成反比,离子的吸附量与离子的水合离子半径成反比。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章绪论  15-35
  1.1 现有水处理技术和特点  15-16
  1.2 电吸附水处理模块的工作原理  16-17
  1.3 电吸附技术的研究历史、现状和前沿发展情况  17-28
    1.3.1 国外发展概况  17-26
    1.3.2 国内发展概况  26-28
    1.3.3 电吸附水处理技术的优缺点  28
  1.4 电吸附水处理模块的吸附材料  28-32
    1.4.1 石墨  29
    1.4.2 活性炭  29-30
    1.4.3 活性炭纤维  30
    1.4.4 炭气凝胶  30-31
    1.4.5 碳纳米管  31
    1.4.6 化学修饰电极  31-32
  1.5 电吸附水处理模块的影响因素  32-33
    1.5.1 电压  32
    1.5.2 溶液浓度  32-33
    1.5.3 溶液流量  33
    1.5.4 电极板数量  33
  1.6 选题的意义、主要研究内容和实施方案  33-35
    1.6.1 论文选题的立论、目的和意义  33-34
    1.6.2 课题研究的主要内容  34
    1.6.3 研究方案  34-35
第二章实验部分  35-39
  2.1 实验原料  35
  2.2 实验仪器  35-36
  2.3 比表面积和孔径结构分析  36-37
  2.4 电吸附装置示意图  37-39
第三章电吸附水处理模块的组装及其性能测试  39-57
  3.1 电吸附水处理模块组成  39-42
    3.1.1 电极板  39
    3.1.2 垫片  39-40
    3.1.3 绝缘膜  40
    3.1.4 支撑板  40-41
    3.1.5 流道  41-42
  3.2 电吸附水处理模块的组装  42
  3.3 电吸附水处理模块的电吸附性能测试  42-53
    3.3.1 电压的影响  42-45
    3.3.2 溶液的初始浓度的影响  45-49
    3.3.3 流速的影响  49-53
  3.4 同周期、同主族元素的吸附性能测试  53-54
    3.4.1 同主族元素离子  53-54
    3.4.2 同周期元素离子  54
  3.5 重金属离子的吸附  54-56
  3.6 本章小结  56-57
第四章新型电吸附水处理模块的组装与性能测试  57-81
  4.1 新型电吸附水处理模块组成  57-58
  4.2 新型电吸附水处理模块的组装  58-59
  4.3 最佳电极板数的确定  59-60
  4.4 两种电吸附水处理模块的性能比较  60-63
  4.5 新型电吸附水处理模块的性能研究  63-68
    4.5.1 新型电吸附水处理模块的电极板间电压  63-66
    4.5.2 不同电极板数的电流变化  66-67
    4.5.3 不同电极板数的容量变化  67-68
  4.6 电吸附水处理模块的循环吸脱附  68-71
    4.6.1 物理吸附量和总吸附量  68-69
    4.6.2 电压对物理吸附量和吸附量的影响  69
    4.6.3 循环吸脱附曲线  69-71
  4.7 活性炭和炭气凝胶的电吸附性能比较  71-76
    4.7.1 孔径分布和比表面积  71-72
    4.7.2 吸附曲线  72-73
    4.7.3 吸附量  73-74
    4.7.4 电流变化  74-75
    4.7.5 脱附  75-76
  4.8 离子的吸附规律  76-79
    4.8.1 阴离子的吸附规律  76-77
    4.8.2 阳离子的吸附规律  77-78
    4.8.3 离子吸附规律小结  78-79
  4.9 本章小结  79-81
第五章主要结论及工作展望  81-83
  5.1 论文的主要结论  81
  5.2 对工作的展望  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-89
发表及已接受的论文  89-91
作者和导师简介  91

电吸附水处理模块的设计及性能研究

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