[发明专利]电化学强化纳米铁锰负载碳纤维吸附除砷材料及方法

权利要求书

1.一种电化学强化纳米铁锰负载碳纤维吸附除砷材料，其特征在于：通过在基底材料表面电化学沉积负载纳米铁锰氧化物。

2.根据权利要求1所述的电化学强化纳米铁锰负载碳纤维吸附除砷材料，其特征在于：所述基底材料为碳纤维丝、碳纤维毡或石墨碳纤维毡，形状为圆筒形或平板形，纤维直径为2～5μm，使用三维电极时，所述基底材料为活性碳。

3.权利要求1所述电化学强化纳米铁锰负载碳纤维吸附除砷材料的制备方法：其特征在于：所述基底材料在电沉积负载时接直流电源阴极，通过惰性导电极板连接，反应溶液接直流电源正极，所加电场强度为2～10V，向反应溶液中投加可溶性淀粉搅拌并超声至反应溶液变为透明，可溶性淀粉投加量为1L反应溶液加2～30g，向反应溶液中添加摩尔比3∶1的KMnO₄和FeSO₄·7H₂O颗粒，所加入的KMnO₄和FeSO₄·7H₂O颗粒与反应溶液的重量为1L反应溶液加40～60g，向反应溶液中加NaOH溶液，加入后氢氧化钠浓度为0.1～0.3mol/L，电场强化负载过程在70～90℃的水浴中进行0.5～2h，随后将负载上铁锰的基底材料放入马弗炉中加热到250～300℃进行碳化，温度上升速率为5～7℃/min，升到250～300℃后保温0.5～2h。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述基底材料可以用硝酸改性、强碱改性或不改性。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述可溶性淀粉为优先投加，KMnO₄和FeSO₄·7H₂O颗粒以及NaOH溶液向反应溶液中加入时无先后顺序要求。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述基底材料用强碱改性浓度为0.1～0.5mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液浸泡10～30min改性。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述基底材料用强酸改性浓度为0.1～0.2mol/L的硝酸溶液或硫酸溶液浸泡10-30min改性。

8.权利要求1所述电化学强化纳米铁锰负载碳纤维吸附除砷材料的除砷方法：其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：除砷材料预充电：吸附电极与对电极组成电容器，两极板间的间距为2～5mm，对两端的电极板加电，中间的电极板通过感应电场进行电容充电，所述对电极为石墨电极、活性碳电极或钛电极类惰性电极，充电电容器的电解质为空气，充电电压为5～15V，当充电电流降为小于1μA时，稳定2～5min，停止充电；

步骤2：吸附除砷过程：在吸附电极两端加1.2-2.0V电压，吸附电极的相对位置均等固定，吸附电极与对电极组件内部导电多孔碳纤维电极材料紧密排布并且相对独立，吸附过程中的水力停留时间为10-30min。

步骤3：再生过程：去除外加电场，改变极板间距使得预充电微电容短路实现快速的离子洗脱，解吸脱附砷通过反向外接直流电场2-10V，同时施加频率大于100Hz，电流小于1mA，电压为1～2kV的脉冲电解水产生羟基自由基，将锰氧化为四价的二氧化锰，同时辅助浸没在pH＝10-12的碱溶液进行碱洗后，利用pH＝5-6的稀酸调至平衡状态再生利用。