检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭学报 2025年第3期50卷 1732-1746页

作者：贺琼琼彭海森孟振苗真勇万克记许恩乐高明强黄少萌中国矿业大学炼焦煤资源绿色开发全国重点试验室江苏徐州221116 中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

严格的环保法规驱动下,煤矿在高盐矿井水回收处理上面临的挑战不断升级,因此迫切需要研发高效的深度脱盐技术,以突破行业困境并实现非常规水资源的利用。虽然流动电极电容去离子(FCDI)技术在脱盐领域内崭露头角,但仍存在电极材料性能造... 详细信息

严格的环保法规驱动下,煤矿在高盐矿井水回收处理上面临的挑战不断升级,因此迫切需要研发高效的深度脱盐技术,以突破行业困境并实现非常规水资源的利用。虽然流动电极电容去离子(FCDI)技术在脱盐领域内崭露头角,但仍存在电极材料性能造成的脱盐能力壁垒。研究提出了一种双重活化多孔碳氮电极材料制备的新方法,以蔗糖为碳源,三聚氰胺为氮源,整合了双模板法、水蒸气活化、酸浸氧化及氮掺杂的优点,改善了材料的润湿性和导电性,同时使得电极材料具备独特整齐排列的柱状结构、更大的比表面积(1039.76 m^(2)/g)、更丰富的孔结构(0.32 cm^(3)/g)、更多的氮氧电负性点位和更好的润湿性能,以此实现高效,低能耗的矿井水脱盐。该材料(H_(2)O(g)-HNO_(3)/CN)应用于FCDI装置中且经过电压、活性材料含量、处理液初始浓度及pH的工艺优化后对1 g/L的NaCl溶液脱盐5 h,除盐率高达100%,平均脱盐速率、脱盐量、电荷效率及标准脱盐量能耗分别为0.00952mg/(min·cm^(2)),37.08mg/g,24.02%和481.98J/mol,即使经过7次循环吸脱附试验,除盐率仍能达到95.71%。为了探究H_(2)O(g)-HNO_(3)/CN的吸附除盐机理,进行了电化学性能、吸附动力学及等温线的分析。结果表明其比电容高达99.38 F/g,内电阻极小;对Na^(+)离子的吸附更符合伪二阶动力学模型和Langmuir等温线模型,对Na^(+)离子的饱和吸附量为4.30mg/g,饱和吸附时间为120min。

关键词：双重活化多孔碳氮材料流动电极电容去离子高盐矿井水脱盐

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双阴膜流动电极电容去离子净化含铬废水的机制与效能

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中国环境科学 2025年

作者：刘翰隆张春鹏张思瑶张洋任学志杜雅琳张爽马语璠王彧洋地下水资源与环境教育部重点实验室吉林大学吉林大学新能源与环境学院环境工程系石油化工污染场地控制与修复技术国家地方联合工程实验室吉林大学

六价铬(Cr（VI）)作为水环境中的I类致癌物，对人体健康和生态系统构成严重威胁，其高效去除是工业废水处理的核心难题.本研究开发了一种完全对称的“双阴膜”流动电极电容去离子（SFCDI）装置，采用双阴离子交换膜和短路闭合模式，无... 详细信息

六价铬(Cr（VI）)作为水环境中的I类致癌物，对人体健康和生态系统构成严重威胁，其高效去除是工业废水处理的核心难题.本研究开发了一种完全对称的“双阴膜”流动电极电容去离子（SFCDI）装置，采用双阴离子交换膜和短路闭合模式，无需高浓度背景离子，即可实现高效Cr（VI）去除这一构型的显著特点是避免了传统FCDI中因使用阳离子交换膜而导致的Cr3+回渗与总铬浓度反弹问题.在1.2V电压、初始pH5.0条件下，SFCDI在150分钟内将Cr（VI）浓度从50mgL-1降低至0.41mgL-1，总铬去除效率达97.55%，能耗仅为0.12kWhm-3.与传统FCDI相比，SFCDI显著提高了总铬去除效率并有效阻止Cr3+回流.进一步研究分析了电压、活性炭含量、pH值及共存阴离子对处理性能的影响，并验证了SFCDI在连续运行及实际电镀废水处理中的适用性和稳定性.在180分钟内，对实际电镀废水的Cr（VI）去除率达 97.68%，展现出绿色、高效、低能耗的应用潜力.

关键词：双阴膜设计流动电极电容去离子六价铬含铬废水电镀废水

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流动电极电容去离子去除铵根离子模型及优化

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化工进展 2022年第4期41卷 2123-2131页

作者：李翱王宏洋孙宇巍王旭汪霞朱光灿东南大学能源与环境学院江苏南京210096 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012 北京市密云区生态环境局北京101500

为了更直观地研究流动电极电容去离子(flow electrode capacitive deionization,FCDI)除氨工艺的机理并进行高效改进,本文构建了FCDI装置去除NH_(4)^(+)的电化学稳态模型,实验结果模拟准确率达到93.8%。利用该模型研究了FCDI除氨工艺在... 详细信息

为了更直观地研究流动电极电容去离子(flow electrode capacitive deionization,FCDI)除氨工艺的机理并进行高效改进,本文构建了FCDI装置去除NH_(4)^(+)的电化学稳态模型,实验结果模拟准确率达到93.8%。利用该模型研究了FCDI除氨工艺在进水流量、电流密度、电极液中活性炭质量分数等工况条件下的能耗和去除效率变化趋势,计算离子选择性和去除速率两个指标,定性阐明操作参数对去除氨的影响机理,筛选出较优化工况。研究结果表明,FCDI除氨工艺在进水流量1.25mL/min、电流密度21.26A/m^(2)、活性炭质量分数为10%时,除氨效率为74.5%,能耗为29.62kWh/kg N,达到较为理想的状态。在优化的工况条件下,讨论了NH_(4)^(+)在FCDI装置内部的微观传输情况,考虑到过长的流道长度会增强电流密度的极化现象,降低装置除氨性能,提出了串联装置的建议。保持流道长度和工况条件不变,串联的装置可以比原装置的去除效率提升32.9%,同时去除单位质量N的能耗降低22.0%,表明装置的改进是有效的。优化后的FCDI除氨工艺比同类处理工艺更有优势,NH_(4)^(+)去除效率更高,能耗更低,具有广泛应用前景。

关键词：流动电极电容去离子电化学模型废水氨氮

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流动电极电容去离子技术研究进展

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工业水处理 2023年第1期43卷 17-25页

作者：雍天智李阳陆建刚林若昀吴俊升左晓俊南京信息工程大学环境科学与工程学院江苏南京210044 江苏省大气环境监测与污染控制重点实验室江苏南京210044 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044

具有低成本、低能耗、高效率优势的电容去离子技术(CDI)是缓解水危机的有效手段。流动电极电容去离子技术(FCDI)通过将流动电极和离子交换膜耦合,可弥补传统CDI技术吸附能力有限、无法长期连续运行的技术瓶颈。经过近十年的广泛研究,FCD... 详细信息

具有低成本、低能耗、高效率优势的电容去离子技术(CDI)是缓解水危机的有效手段。流动电极电容去离子技术(FCDI)通过将流动电极和离子交换膜耦合,可弥补传统CDI技术吸附能力有限、无法长期连续运行的技术瓶颈。经过近十年的广泛研究,FCDI技术在理论研究、材料开发和工程应用上取得了积极进展,展现出了良好的应用前景。对FCDI技术进行了系统综述,介绍了其发展历程及运行原理,并从装置构型、运行模式、材料创新和参数影响等方面深入分析了影响脱盐性能的关键因素,指出提升脱盐性能的优化策略。此外,总结了FCDI技术在水体脱盐、水污染治理及资源化、能源回收等领域的应用现状,评价了该技术的经济性和实用性,最后提出FCDI技术未来可行的发展方向。

关键词：流动电极电容去离子系统优化脱盐废水资源化

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流动电极电容去离子技术处理含盐高氟地下水的研究

流动电极电容去离子技术处理含盐高氟地下水的研究

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作者：江欢湖南大学

学位级别：硕士

淡水资源是人类极其珍贵的自然财富,但是随着工业时代的到来,很多工业废水的违规排放导致了很多地下水被污染。其中氟污染的地下水对人体危害十分严重。诚然,适量的氟摄入其实对人体健康是有益的,但是当氟摄入超过标准,过量的氟会导致... 详细信息

淡水资源是人类极其珍贵的自然财富,但是随着工业时代的到来,很多工业废水的违规排放导致了很多地下水被污染。其中氟污染的地下水对人体危害十分严重。诚然,适量的氟摄入其实对人体健康是有益的,但是当氟摄入超过标准,过量的氟会导致人体患上氟骨病、氟斑牙等病症。因此对氟污染地下水的治理具有重要意义。流动电极电容去离子(Flow-electrode Capacitive Deionization,FCDI)技术是一项新兴的环境友好、低能耗、操作简单的脱盐技术。本文研究了利用FCDI技术处理氟污染水体的可行性。首先我们用实验模拟的污染水样对比了在短路闭合循环(SCC)、单一循环(SC)及独立封闭式循环(ICC)模式下的FCDI系统的脱盐性能,发现SCC模式下FCDI系统的脱盐效果最好。在SCC模式下,稳态出水电导率最低且系统耗能也是最低的。此外SCC模式下FCDI流动电极浆液的p H波动很小可以忽略对实验结果的影响。随后我们在SCC模式下又研究了电流密度、水力停留时间(HRT)、活性炭负载量、进水共存的Na Cl浓度几种实验参数对FCDI系统脱盐的影响。结果表明稳态出水的氯离子浓度随电流密度升高而下降,且下降速度随水力停留时间或活性炭负载量的增加而加快。而氟离子稳态出水浓度则在低电流下快速下降至1.5 mg/L后基本保持在很小的波动范围内,不受外加电流的继续升高以及水力停留时间的延长和活性炭含量的增加的影响。因此我们可以在低电流(5 m A)密度下以及较短的水力停留时间(216s)内实现对氟离子的高选择性去除,氟离子和氯离子的去除率之比最高可达103。但是这些条件会导致出水电导率和进水相比几乎没有变化。进水中共存的Na Cl浓度则对氟离子和氯离子的去除都有积极影响,在较高的进水Na Cl浓度下,稳态出水的氟离子和氯离子浓度会明显降低。基于上述对实验模拟氟污染水体的研究,我们随后用实验的FCDI系统对实际天津市西寨村的地下氟污染水体的某水样进行了脱盐治理,结果发现FCDI对成分更复杂的氟污染水体的治理效果良好,氟离子、氯离子和硫酸根离子浓度都达到了出水标准。本文系统研究了FCDI系统在各种实验参数下的工作性能和对氟离子和氯离子的去除效果,旨在为后续FCDI系统在水体除氟脱盐方面提供一些操作经验。

关键词：除氟电化学脱盐流动电极电容去离子微咸地下水

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流动电极电容去离子除氨性能研究与工艺优化

流动电极电容去离子除氨性能研究与工艺优化

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作者：李翱东南大学

学位级别：硕士

废水中氮的资源化利用是环境可持续发展的重要环节,作为其代表性工艺,常规活性污泥工艺与Haber-Bosch工艺的联用在当下普遍使用。但由于其氮循环链条过长,在资源化利用过程中通常会面临能耗较高、回收率低的问题,因而有必要研究新的高... 详细信息

废水中氮的资源化利用是环境可持续发展的重要环节,作为其代表性工艺,常规活性污泥工艺与Haber-Bosch工艺的联用在当下普遍使用。但由于其氮循环链条过长,在资源化利用过程中通常会面临能耗较高、回收率低的问题,因而有必要研究新的高效率低能耗氮回收工艺。流动电极电容去离子（Flow electrode capacitive deionization,FCDI）与中空纤维膜、平板透气膜等氨回收工艺的组合除氨工艺作为新型的氮去除回收工艺,具有氮去除回收效率高、能耗低等优点。本文将FCDI工艺用于废水中NH4+的浓缩去除,中空纤维膜和平板透气膜用于NH4+的提纯回收,考察进水流量、电流密度和电极液中活性炭质量分数等参数对FCDI除氨性能的影响,构建FCDI去除NH4+和氨回收模型,阐明FCDI除氨机理,分析电荷转移途径,优化装置结构和工艺运行参数,开展用于多种进水情况下的FCDI除氨情景分析,为该工艺推广应用提供借鉴支撑。基于以上的研究得到的主要结论如下:1.流动电极电容去离子除氨性能影响因素研究。从除氨能力方面来看,NH4+去除效率随着电流密度的升高而增大,随着进水流量的升高而降低,在进水流量为0.7 m L/min时取得最大值为98.2%,当电极液中活性炭质量分数从5%增长到10%时,NH4+去除效率增大,大于10%时则趋于稳定。从能耗方面来看,去除单位质量N所需能耗随着进水流量和电极液中活性炭质量分数的升高而降低,随着电流密度的升高而增大。从连续运行除氨能力方面来看,平均盐吸附速率ASRR随着进水流量、电流密度和活性炭质量分数（5%至10%区间内）的升高而增大,在大于10%区间内随着活性炭质量分数的升高而趋于平缓。2.流动电极电容去离子除氨模型构建及验证基于双电层理论和离子传输理论,结合电势平衡和质量守恒等条件,构建了包含p H影响和多离子竞争性吸附在内的FCDI去除NH4+电化学模型,NH4+去除效率实验结果模拟准确率达到93.8%,总体拟合效果较好。3.氨回收工艺模型构建、验证及比选以FCDI去除NH4+的模型出水为进水条件,基于电离平衡和溶解平衡以及传质方程分别建立中空纤维膜和平板透气膜回收氨的传质模型,回收效率实验结果模拟准确率分别达到76.7%和90%,总体拟合情况良好。使用归一化回收效率进行两种工艺的比选,最终选择性能更为优良的平板透气膜氨回收工艺用于后续的研究。4.流动电极电容去离子除氨工艺优化将模型应用于城市污水厂进水的模拟情景中,计算离子选择性和去除速率两个指标,定性阐明操作参数对去除氨的影响机理,分析得到最适工艺参数组合为进水流量1.24 m L/min,电流密度21.26 A/m2,活性炭质量分数10%,酸液流量50 m L/min,取得较为理想的除氨性能。在保持脱盐室流道长度不变的条件下将FCDI除氨装置串联,改进后的装置去除效率上升31.8%,同时去除单位质量N的能耗降低26.1%,实现了优化的目标。将模型应用于尿液处理的模拟情景中,分析得到最适工艺参数组合为进水流量0.64 m L/min,电流密度235 A/m2,活性炭质量分数10%,酸液流量50 m L/min时,取得较为理想的除氨性能。在保持脱盐室流道长度不变的条件下将FCDI除氨装置串联,改进后的装置去除效率上升9.3%,去除单位质量N的能耗降低40.7%,实现了优化的目标。本文结果表明,FCDI去除NH4+和氨回收模型可以有效实现FCDI除氨工艺的性能研究和优化,为该工艺推广应用提供借鉴支撑。

关键词：流动电极电容去离子电化学模型废水氨氮

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流动电极电容去离子处理含Cr（Ⅵ）废水效能及机理研究

流动电极电容去离子处理含Cr（Ⅵ）废水效能及机理研究

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作者：李经洋吉林大学

学位级别：硕士

随着工业化发展水平的提高,铬污染造成的水环境问题日益突出。Cr（Ⅵ）具有极强的毒性、致癌性、高溶性和持久性,对人类健康构成严重威胁。目前,流动电极电容去离子（Flow-electrode Capacitive Deionization,FCDI）方法作为一种能耗低... 详细信息

随着工业化发展水平的提高,铬污染造成的水环境问题日益突出。Cr（Ⅵ）具有极强的毒性、致癌性、高溶性和持久性,对人类健康构成严重威胁。目前,流动电极电容去离子（Flow-electrode Capacitive Deionization,FCDI）方法作为一种能耗低、效率高且无二次污染的电化学水处理技术在重金属去除领域逐渐得到关注。本文利用FCDI去除废水中的Cr（Ⅵ）,并对除Cr（Ⅵ）效果、机理进行了深入探究,在此基础上开展了实际电镀含Cr（Ⅵ）废水的处理,效果良好且稳定。首先对FCDI三种不同运行模式（闭合独立运行模式、短路闭合运行模式和单循环运行模式）的除Cr（Ⅵ）性能进行研究,通过对不同模式下FCDI除Cr（Ⅵ）的去除效率和能耗对比,得到最佳运行模式。结果表明,在短路闭合运行模式（SCC）中FCDI除Cr（Ⅵ）效果最好,运行四小时后的去除效率为85.64%。另外,在SCC模式下系统评估了主要技术参数对FCDI除Cr（Ⅵ）性能的影响,包括活性炭含量、初始进液Cr（Ⅵ）浓度、流动电极流速、进液初始p H值。研究表明,提高活性炭含量可以有效提高FCDI除Cr（Ⅵ）性能,活性炭含量从3%增加到7%,FCDI对Cr（Ⅵ）的去除效率提高了18.23%,但高活性炭含量增加也会导致其在流动电极通道沉积的风险增加,综合评估选择活性炭含量为5%更为合适。另外,初始浓度越高,平均除盐速率（ASRR）和去除速率越高,初始Cr（Ⅵ）浓度由5 mg L-1增加到50 mg L-1,ASRR从0.16μmol cm–2min–1增加到1.43μmol cm–2min–1,去除速率从0.018 mg min-1增加到0.171 mg min-1。通过增加流动电极流速,使FCDI对Cr（Ⅵ）的去除效率得到有效提升,但流速过高也会导致去除性能的下降,当流动电极流速为20 m L min-1时去除效率最佳。初始溶液p H过高和过低也会使FCDI除Cr（Ⅵ）能力大幅下降,当初始溶液p H为4-6范围时,FCDI除Cr（Ⅵ）效果最佳。其次,本研究开展了高电压（>1.23 V）模式下FCDI除Cr（Ⅵ）性能的研究。通过对高电压FCDI除Cr（Ⅵ）能效、价态变化和迁移规律的分析,阐明高电压FCDI除Cr（Ⅵ）的机制,并用于指导去除性能的提升。研究结果表明,由于FCDI系统存在明显的电压降（IR drop）(当外加电压为1.6 V,1.9 V和2 V时,瞬时IR drop分别为0.76 V、0.68 V、0.33 V),因此在高电压条件下（≤1.6V）FCDI不会因为发生水电解而出现电荷效率明显下降及去除效率明显受限的情况,在电压为1.6 V时,电荷效率和去除效率分别为:78.19%和86.76%。另外,高电压FCDI除Cr（Ⅵ）是电吸附和电还原的协同作用,施加的电压越高,电吸附能力越强,还原比例越高,在2.2 V的电压条件下,电吸附容量最大能够达到172.82 mg g-1,但过高的电压也会导致副反应更加明显,导致去除效率提升缓慢。在FCDI除Cr（Ⅵ）过程中,在电场的驱动下,Cr（Ⅵ）阴离子首先从给水室跨膜进入流动电极室,吸附在活性炭上的Cr（Ⅵ）在进入阴极室直接还原为Cr（III）,随后流动电极溶液中的Cr（Ⅵ）和还原生成的Cr（III）部分吸附在活性炭表面。最后带正电的活性炭和带负电的活性炭进入储液罐中混合,使得电荷中和从而完成电极更新,更新后的流动电极再次循环进入阴极室和阳极室并持续吸附和还原Cr（Ⅵ）。最后,论文研究了实际电镀废水中共存离子对FCDI除Cr（Ⅵ）性能的影响,并且通过响应面法优化FCDI对实际电镀废水中Cr（Ⅵ）的处理能力。结果表明,共存阴离子(SO42-,NO3-,Cl-)和共存重金属（Zn和Cu）的存在对FCDI除Cr（Ⅵ）性能都有不同程度的抑制。当共存NO3-浓度为150 mg L-1时,FCDI的去除效率仅为49.9%。利用响应面优化法优化的FCDI的最佳工艺参数为:活性炭含量5.8 wt%,流动电极流速16.2 m L min-1,电压2 V。在最佳参数条件下,FCDI对实际电镀废水中的Cr（Ⅵ）表现出高去除效率（99.96%）和较低的能耗（0.104 k Wh/m3）。长效运行实验也表明FCDI除Cr（Ⅵ）具有良好的稳定性和高去除效率,在对实际废水循环处理的前八组内,出水Cr（Ⅵ）浓度均达到国家排放标准(≤0.5 mg L-1)。

关键词：流动电极电容去离子 Cr(Ⅵ) 电镀废水响应面

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流动电极电容去离子脱盐性能影响因素及优化研究

流动电极电容去离子脱盐性能影响因素及优化研究

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作者：程锶重庆大学

学位级别：硕士

流动电极电容去离子（Flow-electrode Capacitive Deionization,FCDI）技术是一种将离子交换膜与流动电极耦合的新型电驱动脱盐技术。该技术可通过混合流动电极,使离子中和解析从而再生,突破传统电容去离子技术电极饱和及间歇运行的限制... 详细信息

流动电极电容去离子（Flow-electrode Capacitive Deionization,FCDI）技术是一种将离子交换膜与流动电极耦合的新型电驱动脱盐技术。该技术可通过混合流动电极,使离子中和解析从而再生,突破传统电容去离子技术电极饱和及间歇运行的限制,实现持续的淡水生产。但当前对于优化FCDI运行条件及流动电极以提升FCDI脱盐性能缺乏系统研究,且FCDI连续运行的脱盐性能较差,因此,本文主要研究了不同运行模式下,操作条件以及电极材料物理性质对FCDI脱盐性能的影响,通过优化操作参数及添加导电剂提升FCDI脱盐性能,并构建FCDI-MF（微滤）集合系统,实现FCDI连续稳定运行。主要结论如下:以活性炭作为电极材料构建FCDI系统,探究在单循环闭合运行（ICC）、短路闭环运行（SCC）和单循环运行（SC）模式下,操作条件对FCDI脱盐行为及性能的影响规律。研究发现,在三种运行模式下,FCDI脱盐性能与电压、活性炭含量和电极液流速整体呈正相关关系,但当电极液流速超过120 m L·min-1后,脱盐性能开始降低。当进水流速由2 m L·min-1增至5 m L·min-1时,FCDI脱盐速率略有上升,但由于水利停留时间降低,Na Cl去除率下降59.8%。结合能耗进行综合考虑,最终确定0.8 V电压、20 wt%活性炭含量,2 m L·min-1进水流速及120 m L·min-1电极液流速为后续研究最佳操作参数。此外,在不同操作参数下FCDI采用SCC运行模式的脱盐性能均优于SC和ICC模式,其中SCC和SC模式下电极液p H保持稳定,而ICC模式下p H偏移显著。基于最佳操作参数研究在不同运行模式下电极材料对FCDI脱盐性能的影响。其中电容碳和活性炭的最佳运行模式为SCC,石墨碳为SC,铜粉为ICC,且不同电极材料的最佳脱盐性能呈现出以下规律:电容碳>石墨碳>活性炭>铜粉,结合电极材料的形貌结构及电化学表征得出,具有低比表面积和高导电性的石墨碳电极优于大比表面积的活性炭电极。此外,在流动电极中添加导电剂可以强化FCDI的脱盐性能。当流动电极中添加1.5 wt%导电炭黑和1.5 wt%碳纳米管,其脱盐速率分别提升118.2%和96.4%。这是由于电极材料及导电剂的高导电性降低了系统固定电阻和电极电子迁移阻抗,加速了流动电极中电子传递;且导电剂特殊的“桥接效应”,能够在增强离子间的碰撞的同时,增加电子传递途径,实现FCDI脱盐性能的优化。选择最佳电极材料,通过恒电流充放电测试,验证FCDI系统长周期连续运行稳定性。FCDI在连续运行20 h后,其脱盐速率和电荷效率分别下降52.5%和23.3%,通过建立元素示踪方法,引入Na+/K+二元流动电极,证实FCDI脱盐性能下降是由于随着电解质浓度的升高,对离子反扩散和同名离子泄漏效应增强所致。在此基础上,构建FCDI-MF耦合系统,对流动电极中浓水和活性碳颗粒进行分离。与传统FCDI相比,在运行相同时间后,其脱盐效率、电荷效率分别提升84.3%和16.1%。说明FCDI-MF系统可有效控制流动电极电解质浓度,缓解对离子反扩散和同名离子泄漏效应的不利影响,实现FCDI连续高效运行。综上所述,本研究在通过优化操作条件及流动电极以增强FCDI脱盐性能的基础上构建FCDI-MF耦合系统,证实了FCDI技术连续有效运行的可能性,为探索兼具高效稳定、经济适用和可持续运行的苦咸水淡化技术提供新思路,为缓解全球淡水资源短缺、实现FCDI技术规模化应用提供参考价值和理论依据。

关键词：流动电极电容去离子操作条件电极材料脱盐性能性能优化

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流动电极电容去离子技术去除含盐废水中六价铬

流动电极电容去离子技术去除含盐废水中六价铬

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作者：董艺湖南大学

学位级别：硕士

释放到水环境中的重金属铬（Cr）正对人类健康和生态系统构成巨大威胁。Cr主要以三价铬(Cr（III）)和六价铬(Cr（VI）)存在于自然界。致癌和致突变是Cr（VI）的主要毒性效应,较强的毒性和流动性被认为比Cr（III）更具危害。Cr（VI）主... 详细信息

释放到水环境中的重金属铬（Cr）正对人类健康和生态系统构成巨大威胁。Cr主要以三价铬(Cr（III）)和六价铬(Cr（VI）)存在于自然界。致癌和致突变是Cr（VI）的主要毒性效应,较强的毒性和流动性被认为比Cr（III）更具危害。Cr（VI）主要从冶炼、油漆、染色、电镀等行业的废水引入水环境。根据我国颁发的污水综合排放标准,可进入环境的Cr（VI）最高允许浓度为0.5 mg/L。要将Cr（VI）浓度降至严格允许的下限以下,必须采用有效的技术来处理含Cr（VI）的废水。电容去离子（CDI）,已经成为一种很有前途的技术,可以方便地从水溶液中去除带电离子物种。在以前的研究中,用常规CDI研究了从水溶液中去除Cr（VI）的可行性,并进行了参数优化。然而,对于常规的CDI,由于电极的静态特性,其去除离子的能力受到了限制。另外,固定电极的制备过程比较复杂。此外,在离子电吸附后,电极需要通过短路或极性反转进行一段时间的再生,使得纯净水的生产不连续。利用流动炭悬浮液的流动电极电容去离子（FCDI）与传统的CDI相比具有很大的优势,因为其电极制备简单、吸附能力大、连续离子去除和水回收率高。实验中常见的模式是短路闭合循环（SCC）操作,它通过流动电极的异地再生实现FCDI中的连续去离子,而不需要额外的解吸步骤。在SCC操作模式下,从FCDI电池流出的带电阳极和阴极炭悬浮液在容器中连续混合（在容器中发生电荷中和,吸附的离子被释放,从而能够再生炭颗粒）,然后循环到FCDI电池。考虑到FCDI技术的优点和特点,FCDI技术有望为水溶液中Cr（VI）的去除提供一种新的解决方案和一种优势方法。本研究旨在探讨FCDI处理含Cr（VI）苦咸废水的适宜性和有效性。流动电极采用SCC运行模式,含Cr（VI）微咸水采用单通运行模式。系统考察了外加电流密度、共存Cl-的进水浓度、水力停留时间、活性炭投加量、进水初始p H及其它常见共存阴离子对去除效果的影响。结果表明,与Cl-相比,Cr（VI）优先脱除,具有较高的离子选择性;在许多情况下,Cr（VI）和Cl-的脱除行为明显不同。稳态出水中的Cl-浓度随电流密度的增大几乎呈线性下降,而稳态出水中的Cr（VI）浓度在较小的电流密度下降至某一值,且随电流密度的增大下降幅度不大。较大的水力停留时间或活性炭负荷有利于降低稳态出水中的Cr（VI）和Cl-浓度。进水初始p H在5～6左右,不调节p H值,最有利于Cr（VI）的去除。不同共存阴离子对Cr（VI）的去除均有不同程度的抑制作用,其中碳酸盐的抑制作用最大。本研究对于推广FCDI作为一种可行的处理含Cr（VI）苦咸废水的技术具有一定的参考价值。

关键词：六价铬去除六价铬含盐废水流动电极电容去离子性能评估

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流动电极电容去离子技术除镉性能研究

流动电极电容去离子技术除镉性能研究

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作者：杨娅东北农业大学

学位级别：硕士

随着全球工业化的迅速发展,含有重金属的废气、废物、废水排向环境中,导致重金属污染水资源,给人类和自然界造成严重危害。因此,找寻高效、清洁、节能的处理重金属污染水方法对人类健康和环境保护至关重要。重金属危害中,镉的污染情况... 详细信息

随着全球工业化的迅速发展,含有重金属的废气、废物、废水排向环境中,导致重金属污染水资源,给人类和自然界造成严重危害。因此,找寻高效、清洁、节能的处理重金属污染水方法对人类健康和环境保护至关重要。重金属危害中,镉的污染情况最为严峻。传统的除镉技术包括化学沉淀法、离子交换法、膜分离法等。虽然技术应用较多,但是这几种方式存在高能耗、投资高、可能产生二次污染的缺点。近年来,一种新型的脱盐技术:流动电极电容去离子技术（Flow-electrode Capacitive Deionization,FCDI）因其清洁、低耗能、可连续脱盐、能量可回收等优点日益受到关注。本文以商业活性炭为电极原料,研究采用短路闭合运行方式FCDI技术对于镉离子的去除效能。首先,分别从FCDI的工艺条件（外加电压、电极和处理液流速）,电极材料组成,电极液中活性炭浓度几个方面进行FCDI优化实验,提高FCDI性能。然后研究了FCDI在不同工艺条件下（外加电压、溶液镉离子初始浓度、溶液p H值）和完成脱盐后活性炭中剩余的离子量,对重金属镉离子的去除性能以及FCDI系统去除镉离子的连续性和循环稳定性。首先研究了FCDI在不同工艺条件下的脱盐性能。结果表明:外加电压对FCDI的脱盐性能影响较大,随着电压从0～1.6 V升高,脱盐率和脱盐速率分别提高59.10%和6.60 mg/min;随着电极流速加快,脱盐率和脱盐速率分别提高16.13%和1.51 mg/min。流动电极和处理液同速改变对FCDI脱盐性能有较大影响,在5 m L/min～27 m L/min内,随着流速增大,脱盐率提高19.22%,脱盐速率提高2.14 mg/min;随着电极中活性炭浓度增大,脱盐率和脱盐速率分别提高70%和8 mg/min,总体上随活性炭增多脱盐性能越好,但在浓度为25ωt%时与在20ωt%时脱盐率和脱盐速率的增速显著下降;添加炭黑的后的电极脱盐率分别提高20%、14%、19%,脱盐速率分别提高2.32 mg/min、1.50 mg/min、2 mg/min。然后研究了FCDI对镉离子的去除效能。结果表明:溶液初始离子浓度对FCDI去除镉离子影响显著,在镉离子浓度为10 mg/L时,去除率最大为50%,然后随浓度升高显著下降。溶液p H值也影响显著,在p H=3时,对镉离子的去除效果最好,去除率为54%。随着外加电压升高,FCDI系统对镉离子的去除率从0提高到46.60%;FCDI对镉离子的去除连续性和循环稳定性好。通过X射线光电子能谱测试实验后的活性炭和离子交换膜上沉淀的可知,阴离子交换膜上有Cd（OH）2沉淀;实验前后活性炭的傅里叶红外光谱显示,活性炭吸附镉离子后其表面官能团种类不发生变化。本文通过系统研究FCDI在不同运行条件下的脱盐性能和FCDI对镉离子的去除效能,为FCDI处理重金属镉提供一些实践经验。

关键词：流动电极电容去离子脱盐性能镉活性炭

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