【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污废水处理，特别涉及一种基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法。
技术介绍
1、重金属废水采用沉淀、电沉积、离子交换等常规方法处理后，仍有微量的重金属离子(浓度<10mmol/l)残留，被称为低浓度重金属离子，无法做到真正意义上的“零排放”。
2、电容去离子技术能够用于低浓度重金属离子富集回收，然而过程中具有较差的重金属吸附能力、缓慢的吸附/解吸响应和较低的能量效率(例如，通常<0.6)。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，以解决低浓度重金属离子富集回收过程中能耗高、扩散阻力大、吸附量低等问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，基于光电容实现低浓度重金属离子的高效脱除、富集回收，具体包括如下步骤：
4、步骤1，制备光电阴极；
5、步骤2，利用阳极和所述光电阴极组成电极单元，并置于光照环境下，在电极间施加电压，使含低浓度重金属离子的废水流过电极单元，实现重金属离子脱除；其中，所述含低浓度重金属离子的废水，是指废水中的重金属离子浓度<10mmol/l。
6、不同于光催化和电容去离子耦合技术，通过上述步骤，太阳能直接进入离子系统，在电极表面形成光载流子或空穴，从而诱导电极表面局部电场化，离子在电极表面可以得到有效控制与重构，最终
7、不同于传统电容去离子技术，通过上述步骤，本专利技术利用太阳能转化为电能直接作用于离子体系，驱动离子扩散发生电吸附过程，避免了电极本身、电解液等其他辅助部件消耗电能，从而降低电容去离子技术脱除低浓度离子的能耗。
8、由此，与现有技术相比，本专利技术脱除重金属离子的吸附能力强、能耗低，且操作便捷，适用于长期室外应用。
9、利用本专利技术的方法，能够脱除废水中的重金属离子包括：cu2+、zn2+和pb2+中的一种或几种，对于其它类型的重金属离子，亦有较好的脱除效果。
10、在一个实施例中，所述步骤1，制备光电阴极的方法如下：
11、以多孔碳材料为基体，光阴极材料修饰基体制备具有异质结结构的光电阴极材料，然后采用静电纺丝成型，制备光电阴极。
12、所述步骤2，阳极为多孔碳等碳基电极。
13、通过上述步骤制备光电阴极，多孔结构为离子提供了丰富的扩散通道及吸附位点、优异的离子吸附/脱除性能；复合材料异质结结构为光电容去离子过程提供了优异的光吸收和光生电荷分离能力，实现高效的光电转化效率；纳米纤维结构形貌增强了光电阴极的机械强度、稳定性。
14、示例地，所述多孔碳材料为mof衍生碳，所述光阴极材料为cu2o等铜基化合物。
15、在一个实施例中，具体可采用水热法实现光阴极材料修饰基体，其中光阴极材料与基体的摩尔比为0.8:1-1.2:1。
16、利用水热法实现光阴极材料修饰基体，具有微观结构尺度的高度可控性、材料粒度小而均匀、光阴极材料在基体表面无堆积现象、优异的结构稳定性和化学稳定性等特点。
17、在一个实施例中，所述步骤2，光照环境为光强度大于0，小于等于100mw cm-2，施加电压为大于0，小于等于1.4v，保持光电吸附时间30-90min。
18、示例地，当施加电压的电压值为0.8，光照强度为100mw cm-2时cu2+的吸附量达到191.87mg/g，是同样条件下无光时吸附量的2.10倍，是在1.4v无光时吸附量的1.78倍。
19、在一个实施例中，本专利技术还可实现光电阴极的脱附再生，具体地，在所述步骤2光电阴极吸附达到饱和时，通过如下方法实现电极脱附再生：
20、维持废水流过电极单元，或者，切换使去离子水替代废水流过电极单元；
21、切换至无光照环境，施加反向电压，进行脱附再生。
22、上述脱附再生的原理是：在反向电场或无电场作用下，吸附在电极表面的离子受到反向作用力或离子和电极间的作用力消失，使得离子由电极表面扩散到溶液中，实现离子脱附、电极再生。
23、示例地，所述施加反向电压，电压小于0，大于等于-1.4v，脱附再生10-40min，在该参数范围下，能取得更好的脱附再生效果。
24、整体而言，与传统电容去离子技术、光催化和电容去离子耦合技术相比，本专利技术的有益效果是：太阳能直接进入离子系统，在电极表面形成光载流子或空穴，从而诱导电极表面局部电场化，离子在电极表面可以得到有效控制与重构，最终强化离子传输过程、降低过程能耗。因此，本专利技术提出的光电容去离子技术应用于低浓度重金属离子脱除具有高吸附性能、低能耗等优势。
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1.一种基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，所述重金属离子为Cu2+、Zn2+和Pb2+中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，所述步骤1，制备光电阴极的方法如下：
4.根据权利要求3所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，采用水热法实现光阴极材料修饰基体，其中光阴极材料与基体的摩尔比为0.8:1-1.2:1。
5.根据权利要求3所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，所述碳基电极为多孔碳。
6.根据权利要求3或5所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，所述多孔碳为MOF衍生碳，所述光阴极材料为铜基化合物。
7.根据权利要求1所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，所述步骤2，光照环境为光强度大于0，小于等于100mW cm-2，施加电压为大于0，小于等于1.4V
8.根据权利要求7所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，所述施加电压，电压值为0.8V。
9.根据权利要求1至8任一项所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，在所述步骤2光电阴极吸附达到饱和时，通过如下方法实现电极脱附再生：
10.根据权利要求9所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，所述施加反向电压，电压小于0，大于等于-1.4V，脱附再生10-40min。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，所述重金属离子为cu2+、zn2+和pb2+中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，所述步骤1，制备光电阴极的方法如下：
4.根据权利要求3所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，采用水热法实现光阴极材料修饰基体，其中光阴极材料与基体的摩尔比为0.8:1-1.2:1。
5.根据权利要求3所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于，所述碳基电极为多孔碳。
6.根据权利要求3或5所述基于光电容脱除废水中低浓度重金属离子的方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉洁，蔡宁，王杭，薛娟琴，马晶，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：
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