申请日2016.11.08
公开(公告)日2017.01.25
IPC分类号B01J20/26; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/46; C02F1/461; C02F1/28; C02F101/20
摘要
本发明涉及本发明属于水处理技术领域领域，具体的说是涉及导电聚合物固硫材料的制备方法及其在水中重金属离子去除中的应用。制备导电聚合物固硫材料电极，在两电极体系下通过施加电压对重金属离子进行吸附。本发明所提供的方法制备方法简单，成本低，导电聚合物作为固硫材料提高导电性，降低还原电压，加快反应速率，减少能耗，可以有效固定硫化物，防止硫化物扩散进入水中造成二次污染，不需要复杂的仪器设备，无需后续处理，吸附容量高，速率快，可同时用于去除水中的一种或多种铁、锰、钴、镉、汞、铅、银、铜、锌、砷、镍等重金属。
权利要求书
1.导电聚合物固硫材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
氯化铁和氯化亚铁在氨水环境下反应生成纳米四氧化三铁颗粒，然后采用纳米四氧化三铁颗粒作模板，加入聚合物单体，在氧化剂作用下聚合，形成导电聚合物，然后加入酸将模板去除，得到球壳状的导电聚合物材料;后采用球磨法或者热处理方法将导电聚合物和硫复合，即可得到导电聚合物固硫材料。
2.根据权利要求1所述的导电聚合物固硫材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物单体选自吡咯，苯胺，丙烯腈，噻吩中的一种。
3.根据权利要求1所述的导电聚合物固硫材料的制备方法，其特征在于，氧化剂选自三氯化铁、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。
4.根据权利要求1所述的导电聚合物固硫材料的制备方法，其特征在于，所述的酸选自盐酸、硫酸中的一种。
5.根据权利要求1所述的导电聚合物固硫材料的制备方法，其特征在于，所述导电聚合物和硫的质量比为3:7~7:3。
6.权利要求1至5任一权利要求所述的导电聚合物固硫材料在水中重金属离子去除中的应用。
7.导电聚合物固硫材料的使用方法，其特征在于，其步骤为：导电聚合物固硫材料制成电极在电化学作用下与水中的重金属离子反应，形成包覆于导电聚合物中的金属硫化物，实现水中重金属离子的去除。
8.根据权利要求7所述的导电聚合物固硫材料的使用方法，其特征在于，所述电化学作用施加电压为﹥0V，且≦2.5V。
9.一种电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：导电聚合物固硫材料和粘结剂混合均匀，加溶剂搅拌形成均匀的糊状，用刮膜器均匀涂覆于不锈钢片上，干燥，形成电极。
10.根据权利要求9所述的一种电极的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚烯烃、聚氨酯中的至少一种。
说明书
导电聚合物固硫材料的制备及其在水处理中的应用
技术领域
本发明涉及本发明属于水处理技术领域领域，具体的说是涉及导电聚合物固硫材料的制备方法及其在水中重金属离子去除中的应用。
背景技术
随着现代工业的发展，在重金属的金属的冶炼、加工过程中产生大量重金属离子进入水体，镉、铅、铬、铜、镍等重金属离子，难以生物降解，经人体吸收或摄入后，通常会在人体内积累，当达到一定量时则会引起疾病和生理失调，例如损害中枢神经系统，影响智力水平和记忆力，破坏血液组成，还将对肺、肾脏、肝脏等生命器官产生很大的危害。处理和去除废水中的重金属离子成为人类社会健康发展的迫切需求。
对重金属离子的去除主要方法有化学沉淀法、微生物法、电解还原法、离子交换法、吸附法等。化学沉淀法和吸附法是目前最常用的分离重金属离子的方法。
化学沉淀法主要是在水体中引入硫源形成硫化物沉淀，或者通过螯合效应形成螯合物，这种方法沉淀能力强，沉淀物稳定，操作简便，成本低。但也存在一定的问题，硫化物沉淀颗粒度细，不好过滤，反应剩余的S2-需要再次处理。螯合物螯合物在溶液中都是动态平衡的，平衡一旦被打破，螯合物就会继续释放金属离子造成新的污染。
吸附法吸附被认为是最有效的方法，操作方便，吸附剂有导电聚合物、多孔材料等，主要是利用其较多的孔道、较大的比表面积来吸附重金属离子，导电聚合物是一种具有共轭体系的高分子材料，经过掺杂的高分子聚合物具有好的导电性和电化学稳定性，其纳米结构具有较大的表面积和丰富的官能团，使导电聚合物成为很好的吸附材料。这些材料对重金属有较强的吸附作用，但吸附速度慢，吸附容量有限，对重金属的去除效率不够高。
为解决上述问题，本发明采用导电聚合物作为固硫材料用与水中重金属处理，与现有技术相比具有以下优点：(1)导电聚合物作为固硫材料提高导电性，降低还原电压，加快反应速率，减少能耗;(2)导电聚合物作为固硫材料可以有效固定硫化物，防止硫化物扩散进入水中造成二次污染;(3)导电聚合物成本低廉，合成简便，环境友好;(4)该方法操作简便，吸附速率快，吸附容量高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有水中重金属处理方法的一些缺点，提供了导电聚合物固硫材料的制备方法及其在水中重金属离子去除中的应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：导电聚合物固硫材料的制备方法，包括如下步骤：
氯化铁和氯化亚铁在氨水环境下反应生成纳米四氧化三铁颗粒，然后采用纳米四氧化三铁颗粒作模板，加入聚合物单体，在氧化剂作用下聚合，形成导电聚合物，然后加入酸将模板去除，得到球壳状的导电聚合物材料;后采用球磨法或者热处理方法将导电聚合物和硫复合，即可得到导电聚合物固硫材料。
具体实施时，所述聚合物单体选自吡咯，苯胺，丙烯腈，噻吩中的一种。
进一步，氧化剂选自三氯化铁、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。
进一步，所述的酸选自盐酸、硫酸中的一种。
优选的，所述导电聚合物和硫的质量比为3:7~7:3。
为了更进一步的说明本发明的技术方案，本发明提供了所述的导电聚合物固硫材料在水中重金属离子去除中的应用。
另外，导电聚合物固硫材料的使用方法的步骤为：导电聚合物固硫材料制成电极在电化学作用下与水中的重金属离子反应，形成包覆于导电聚合物中的金属硫化物，实现水中重金属离子的去除。
其中，本发明所述应用和使用方法的原理为：导电聚合物聚合物固硫材料在电化学作用下迅速将硫还原，与水中的重金属离子(Fe、Mn、Co、Cd、Hg、Pb、Ag、Cu、Zn、As)快速反应，形成稳定的金属硫化物，同时导电聚合物可以有效防止硫化物的扩散，避免造成二次污染。
具体应用时，所述电化学作用施加电压为﹥0V，且≦2.5V。也就是本发明所述处理方法在低电压下就可以进行，耗电量低。
另外，本发明提供了一种电极的制备方法，包括如下步骤：导电聚合物固硫材料和粘结剂混合均匀，加溶剂搅拌形成均匀的糊状，用刮膜器均匀涂覆于不锈钢片上，干燥，形成电极。
进一步，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚烯烃(PO)、聚氨酯(PU)中的至少一种。
本发明所述导电聚合物固硫材料用于处理水中重金属离子，在低电压下与水中的Fe、Mn、Co、Cd、Hg、Pb、Ag、Cu、Zn、As、Ni离子快速反应，形成包覆于导电聚合物中稳定的金属硫化物有效防止硫化物的扩散，避免造成二次污染，吸附速率快，吸附容量高，使废水中的重金属离子达到国家排放标准，部分可达到饮用水标准。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)导电聚合物作为固硫材料提高导电性，降低还原电压，加快反应速率，减少能耗;(2)导电聚合物作为固硫材料可以有效固定硫化物，防止硫化物扩散进入水中造成二次污染;(3)导电聚合物成本低廉，合成简便，环境友好;(4)该方法操作简便，吸附速率快，吸附容量高。
