活性炭电容法脱盐技术是根据电容器的基本原理提出来的,在电场作用下,水中阴、阳离子分别向带相反电荷的电极迁移,并在电极表面发生吸附,由于静电吸附作用而形成双电层,从而使水中的溶解盐类滞留在电极表面。随着电极吸附带电粒子的增加,带电粒子在电极表面富集浓缩,从而实现水的脱盐淡化或净化。当电极表面达到吸附饱和时,将电极短路或者反极,则吸附在电极表面的离子发生脱附,并进一人洗脱液中,从而实现电极的再生。利用电容法脱盐,可去除水中的杂质成分,包括各种重金属离子(如Cr、Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Ag、Au、 Zn、 Cd、 Hg、 PI,等),以及碱金属/碱土金属的卤化物、硝酸盐类、磷酸盐类、硫酸盐类等。粉状活性炭电容法脱盐技术已应用于海水和苦碱水的淡化、工业废水处理及重金属离子的回收再利用等。
离子在粉状活性炭电极上的吸附是一种电增强吸附,其驱动力来自吸附质与电吸附剂电极的各种相互作用,主要包括:
①离子交换吸附,即电极表面吸附的异电荷离子被同种电荷的离子取代;
②离子对(ion pairing)吸附,即溶液中界面活性离子吸附在带有相反电荷的电极表面空位上:
③二电子极化吸附,即电极表面或者吸附质分子具有芳香族基团时,与带强正电荷的离子或者位点相互吸引而发生吸附;
④静电吸附作用,即在电场作用下。溶液中与电极表面带相反电荷的离子在电极表面有序排列,形成双电层(Stern双电层理论)。
在电场作用下,溶液中离子在粉状活性炭电极材料上的吸附作用通常并不是单纯的静电吸附作用,而是由几种吸附作用共同完成。而电场作用对炭电极表面离子吸附的影响主要包括以下几个方面:
①影响炭电极表面双电层的形成和静电吸附容量;
②控制炭电极表面官能团的解离程度;
③炭电极电势的改变可以使表面官能团发生氧化还原反应。
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