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电容吸附法海水脱钙研究

2020-12-13阅读(489)

电容吸附法海水脱钙研究

论文摘要

在海水淡化过程中,海水中的钙离子在高温或者浓度高时易结垢,降低了海水淡化效率,造成能量的浪费。电容吸附技术作为一项新颖的技术具有良好的除盐性能,电容吸附法在水处理方面的优势己经得到广泛重视,有一定的理论和实践基础,应用前景广泛。本课题将电容吸附技术应用于脱钙领域,探索了电吸附法脱除钙离子的可行性和规律性。首先,以NaAlO2、水玻璃为原料,KOH、NaOH为碱源,合成了LSX分子筛。其对纯钙溶液和海水中钙离子的交换容量分别达66.83mg/g和31.06mg/g,对Ca2+/ Na+、Ca2+/ K+、Ca2+/ Mg2+溶液中Ca2+的选择性系数分别为744.45、733.36和22.24。由此可见,合成的LSX分子筛对钙离子具有较高的选择性,可以用于从海水中吸附钙离子。为了使分子筛在电极材料中不发生团聚,对分子筛用偶联剂进行了改性,实验中考察了偶联剂用量和改性时间对分子筛表面改性的影响。本文尝试了通过将改性的LSX分子筛按一定比例掺加到活性炭中,做成复合电极,试图利用活性炭和分子筛之间的协同作用来提高电极对钙离子的吸附量和选择性。分别考察了分子筛含量、电压、电极间距、电极片质量,对脱钙的影响。同时在不同的混合溶液中,比较了复合电极与普通活性炭电极对钙离子的吸附,结果表明:在Ca2+/ Na+、Ca2+/ Mg2+和Ca2+/ K+溶液中,复合电极与活性炭电极相比,对钙离子的吸附量和选择性都有所提高;在人工海水或天然海水中,复合电极对钙离子的吸附量大约都为普通活性炭电极的2倍。在不同电压,不同浓度的CaCl2溶液中,进行了电容吸附实验。结果表明,钙离子在复合电极上的吸附符合Langmuir吸附等温式,属于单分子层吸附;Freundlich吸附等温式中的n在0.35-0.50之间,表明吸附较易发生。本文的研究成果表明:加入分子筛以后,电极对海水中钙离子的吸附量提高了一倍。复合电极的吸附量约是LSX分子筛的六分之一,分子筛是通过离子交换或吸附作用除去钙离子,再生时需要化学试剂。电极再生时不需要消耗额外的化学试剂,只消耗电能,这是其重要的优势。总体来说,电容吸附脱钙具有良好的发展空间。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 0 前言
  • 1 文献综述
  • 1.1 海水脱钙研究的目的与意义
  • 1.2 常用的脱钙方法
  • 1.2.1 化学沉淀法
  • 1.2.2 溶剂萃取法
  • 1.2.3 吸附法
  • 1.2.4 离子交换法
  • 1.2.5 纳滤膜法
  • 1.3 电容吸附技术
  • 1.3.1 电容吸附技术原理
  • 1.3.2 电容吸附技术的发展历程和研究现状
  • 1.3.3 电容吸附装置
  • 1.3.4 电容吸附电极材料
  • 1.3.5 电容吸附技术的应用
  • 1.4 选题依据及研究内容
  • 2. 实验研究
  • 2.1 实验原料及实验装置
  • 2.1.1 实验原料和设备
  • 2.1.2 实验装置
  • 2.1.3 实验流程说明
  • 2.2 实验分析检测方法
  • 2.2.1 容量法测定离子浓度
  • 2.2.2 原子吸收法测定离子浓度
  • 2.2.3 硅铝的测定
  • 2.3 实验方法
  • 2.3.1 LSX 分子筛的制备
  • 2.3.2 LSX 分子筛交换性能的测定
  • 2.3.3 LSX 分子筛的改性
  • 2.3.4 改性前后LSX 分子筛的表征
  • 2.3.5 电容吸附法脱钙
  • 3 LSX 分子筛的合成及性能测定
  • 3.1 LSX 分子筛的制备
  • 3.1.1 LSX 分子筛的化学组成
  • 3.2 LSX 分子筛交换性能的测定
  • 3.2.1 LSX 分子筛对海水中钙离子交换容量的测定
  • 3.2.2 LSX 分子筛对钙离子全交换容量的测定
  • 3.2.3 LSX 分子筛对钙离子选择性系数的测定
  • 3.3 LSX 分子筛的改性
  • 3.3.1 偶联剂用量的考察
  • 3.3.2 改性时间的考察
  • 3.3.3 改性前后LSX 分子筛的表征
  • 3.4 本章小结
  • 4 电极的制作及其性能研究
  • 4.1 电极的制备
  • 4.1.1 粘结剂的选择
  • 4.1.2 集流体的选择
  • 4.1.3 聚四氟乙烯量的选择
  • 4.1.4 温度的选择
  • 4.1.5 压力的选择
  • 4.1.6 电极的制备工艺
  • 4.2.电极的表征
  • 4.2.1 扫描电镜分析
  • 4.2.2 循环伏安测试
  • 4.3 电容吸附实验
  • 4.3.1 吸附时间的确定
  • 4.3.2 分子筛含量对脱钙的影响
  • 4.3.3 电压对脱钙的影响
  • 4.3.4 电极间距对脱钙的影响
  • 4.3.5 电极片质量对脱钙的影响
  • 4.3.6 复合电极和活性炭电极的对比
  • 4.3.7 电吸附与脱附过程
  • 4.4 本章小结
  • 5 复合电极对钙离子的吸附性能研究
  • 5.1 不同电压下的吸附等温线
  • 5.2 不同电压下的吸附等温方程
  • 5.3 本章小结
  • 6 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 个人简历及发表的学术论文情况

    • 相关论文文献

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