活性炭纤维电极电吸附除盐的试验研究

马爱鹏李福勤王翠

（1.河北工程大学城市建设学院，河北 邯郸 056038；2.邯郸市建筑设计研究院，河北 邯郸 056004）

目前国内外工业应用的除盐方法主要有膜分离法（电渗析和反渗透）、离子交换和蒸馏法等，每种方法都有一定的适用范围和优缺点，因此，新的除盐方法在不断的开发中。电吸附就是一种新型的除盐技术，其工作原理是在外加电场作用下，溶液和电极的交界面上形成一双电层，通过静电力作用将溶液中的离子储存在双电层中，而电场一旦撤销，被吸附的离子又会返回到溶液中，使电极得到再生[1-3]。电吸附除盐与现行的除盐法相比具有以下优点：与电渗析和反渗透相比，电吸附不需要膜，更容易操作[4]；与离子交换相比，电极不需要酸、碱再生，所以减少了二次污染[5]；与蒸馏相比，电吸附所需要的能耗更低[6]。所以电吸附技术被广泛关注，并开展了诸多领域的应用研究[7-9]。

1 材料及方法

1.1 活性炭纤维电极的制备

采用辽宁森鑫活性炭纤维厂生产活性炭纤维，厚度1mm，首先将活性炭纤维剪成31cm*12cm大小，放入纯水中煮沸2小时，以去除其水溶性和挥发性物质，然后在纯水中浸泡24小时，挤干水，在烘箱中120℃烘24小时以除表面杂质，即得活性炭纤维电极。

1.2 实验装置及分析方法

取两块活性炭纤维电极，中间由塑料网格隔开后一同置入用硅胶板做成的密封圈内，电极两头用导线与直流稳压电源连接，电极外侧加设如同电渗析的塑料电极极框，在极框两端开设进出水孔，再由两块不锈钢板压紧，由此组成电吸附装置(如图1所示)。

图1 试验装置结构图

实验用水为邯郸自来水（电导率680-730μS/cm），试验中采用DDS-11电导率仪测定产水电导率，电压和电流分别在仪表上直接读取。

2 试验结果及分析

2.1 电压对电吸附除盐效果的影响。电极间距1mm，流速为0.56m/min，改变电压，测定不同电压对电吸附除盐效果的影响，结果见图2。从图2中可知，随着电压的升高，电极对水中离子的吸附速率呈上升趋势，在试压范围内，电压6V时出水电导率最低，但是电压过高时，水解离加剧，产生氧气和氢气，使电流效率下降，综合考虑，电压在2V时为最佳。

图2 不同电压下出水电导率随时间的变化

2.2 电极间距对电吸附除盐的影响。采用电压为2V，流速为0.56m/min，改变电极间距，测定不同电极间距对电吸附除盐效果的影响，结果见图3。由图3可知，当电极间距为1mm时出水电导率最低降至465μS/cm，而间距为3mm和4mm时出水电导率下降缓慢，这表明电极间距越小，离子迁移到双电层的距离缩短，吸附速率加快，但过短的电极间距不利于水的流动，还可能导致电极短路，增加能耗，因此1mm为最佳。

图3 不同间距下出水电导率的变化曲线

2.3 流速对电吸附除盐的影响。采用电压为2V，电极间距1mm，改变运行流速，实验结果见图4。由图4可以看出，流速越小，出水电导率越低，这是因为水力停留时间长，可保证足够的时间使得离子向双电层迁移而不被水流带走，而流速过快，大量离子来不及被吸附就被水流带走，电吸附脱盐效果差。虽然流速为0.35m/min可达到较高脱盐效率，但是流速小时，电极间水力扰动小，传质速度慢，吸附速率减慢，同时处理量也小，不经济。综合考虑，流速为0.56m/min较佳。

图4 不同流速下平均出水电导率的变化曲线

2.4 流程长度对电吸附除盐的影响。不同流程长度对电吸附除盐的影响，可以转化为循环次数对电吸附除盐的影响，即每循环一次，流程增加30cm，采用的实验条件为：电压为2V，间距1mm，流速为0.56m/min，实验结果见图5。图5中，随着流程长度的增加，出水电导率降低，脱盐效果越好，流程长度为210cm时，脱盐效率接近80%，流程长度为330cm时，脱盐率达到90%，此后继续增加流程长度，除盐率增加缓慢，说明流程长度在210-330cm较为合理。

图5 不同流程长度下的除盐率

结论。（1）自制活性炭纤维电极电吸附除盐，最佳电压为2V。（2）电极间距越小，离子迁移到双电层的距离短，电吸附效果好，考虑水流阻力，1mm的间距较合适。（3）流速越小，水力停留时间越长，可以保证离子向双电层迁移而不被水流带走，脱盐效果好，考虑经济性，流速为0.56m/min最佳。（4）流程越长，出水电导率越低，当流程长度330cm时除盐率达到90%以上，显示了广阔的应用前景。

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