[发明专利]一种电化学强化多功能材料吸附除氟系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学除氟领域，具体涉及一种电化学强化多功能材 料吸附除氟系统及方法。

背景技术

我国的地下水资源出现众多高氟水分布区域，其原因与氟的特性 以及水文地质条件等密切相关。饮用高氟水的不安全人口分布范围较 广泛，其中多分布在供水水平，供水水量和水质都较落后的县镇和农 村地区。水中氟化物含量超过1.0mg/L即为高氟水，长期饮用高氟 水，会产生地方性氟中毒，包括氟斑牙和氟骨症等，直接威胁着人类 的身体健康。在众多的除氟方法中，吸附法被认为是适用性较好的方 法，但多数吸附剂除氟容量在很大程度上受限于原水的pH和氟含量， 且处理后水质不稳定。此外，吸附法存在再生利用率低的问题，再生 剂和运行费用偏高，不利于在县镇和农村地区推广应用。

电吸附技术是源于20世纪90年代末的一项新型水处理技术，它 通过将吸附剂极化以操纵界面电位，从而改变吸附剂材料吸附能力， 是一种不涉及电子得失的非法拉第过程，因而是一个低能耗的吸附过 程。该技术可以去除水中的大部分离子，包括氟离子，但对氟没有选 择性吸附功能，因此以除氟为目的时，运行成本较高，并对整体水质 有较大影响。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种电化学 强化多功能材料吸附除氟系统及方法，提高吸附剂除氟容量、导电性 和再生效率，降低能耗，简化操纵流程，降低制水成本。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种电化学强化多功能材料吸附除氟系统，由两组或两组以上的 反应室连接而成，每组反应室包括多功能吸附材料4，多功能吸 附材料4的一面与第一配电底板3的一面紧密结合，第一配电底 板3的另一面通过第一隔板2与第一端板1连接，多功能吸附材 料4的另一面通过第二隔板5与第二配电底板6的一面连接，第 二配电底板6的另一面通过第三隔板7和第二端板8连接，第一 配电底板3、第二配电底板6分别与电源连接，第一配电底板3、 第二配电底板6在上侧或下侧开有水流通道，第一配电底板3与第 二配电底板6之间间距为1～10mm。

所述的电源为直流稳压电源，每一组反应室第一配电底板3 与第二配电底板6之间施加1.0～4.0V电压。

所述的多功能吸附材料4是将一种或两种以上的对氟离子 具有选择吸附性的吸附剂材料负载在比表面积大的导电材料上 制备而成，吸附剂材料采用铝盐吸附剂、铁盐吸附剂、稀土类吸 附剂、生物吸附剂或其他类吸附剂负载中的一种或几种，负载的 载体为活性炭纤维、活性炭、碳纳米管或炭气凝胶，负载的方式 为液相浸渍法、气相浸渍法或离子交换法。

所述的第一配电底板3和第二配电底板6采用铜板、铝板、 不锈钢板、钛板、碳板或石墨板，其厚度为0.5-3mm。

所述的电化学强化多功能材料吸附除氟系统，当进行吸附过程 时，结合多功能吸附材料4的第一配电底板3一端加正电；当进行再 生过程时，加入硫酸铝、硫酸铁、盐酸或强碱活化液的同时，改变电 流方向，即结合多功能吸附材料4的第一配电底板3一端加负电。

一种电化学强化多功能材料吸附除氟方法，包括下列步骤：

1)、吸附过程，使作为饮用水源的高氟水进入电场强化多功能材 料吸附除氟系统内，停留时间≥0.5h，出水的氟离子浓度达到国家生 活饮用水标准氟浓度≤1.0mg/L，同时去除水中的硬度离子，多功能 吸附材料是将一种或两种以上的对氟离子具有选择吸附性的吸 附剂材料负载在比表面积大的导电材料上制备而成，吸附剂材料 采用铝盐吸附剂、铁盐吸附剂、稀土类吸附剂、生物吸附剂或其 他类吸附剂，负载的载体为活性炭纤维、活性炭、碳纳米管、炭 气凝胶或乙炔黑；

2)、再生过程，当反应系统内多功能吸附材料饱和后，通过改变 电流方向和加入活化液，使多功能复合材料的吸附能力恢复到80％ 以上，活化液为600-6000mg/l的硫酸铝、350-3500mg/l的硫酸铁、 pH＝1～2盐酸或pH＝10～13强碱溶液；

3)、通过吸附过程和再生过程循环，转换电极极性，打破硬度离 子的沉积条件，造成钙、镁的氢氧化物以及碳酸盐沉淀的不稳定状态， 随水流流出，这样就保证了电极的性能长期稳定，从而确保出水水质。