[发明专利]一种饮用水除氟电吸附载镧电极的制备方法及除氟电极

说明书

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域，特别涉及一种用于饮用水除氟载镧吸附剂粉末成型方法。

背景技术

氟是人体既不可缺少又不可摄取过多的临界元素，适量的氟（0.5-1.0mg/L）能增强骨骼的坚固性，有一定的防治龋齿功效，但是饮用水中氟离子的含量超过一定浓度会对人体健康造成损害，导致氟中毒，表现为牙质松脆、缺损或脱落、腰腿疼、骨关节固定、畸形等，还可导致甲状腺功能失调，肾功能障碍等。

高氟水在世界范围内分布十分广泛，饮用高氟水导致的健康问题已引起各国政府和民众的关注。世界卫生组织(WHO) 将饮用水氟的限值规定为0.6-1.5mg/L，我国于2007年7月1日正式实施的饮用水卫生标准（GB5479-2006），规定生活饮用水氟的限值为1.0mg/L。严格标准的实施，对高氟水处理技术提出了更高的要求。目前，饮用水除氟方法主要有化学沉淀法、吸附过滤法，此外还有离子交换法、电渗析法、反渗透法、电凝聚法、电吸附法等，其中电吸附法因其能耗小、操作成本低、无二次污染、再生简便尤其适于小型社区的集中水处理。

电吸附的关键在于复合电极的性能尤其是电促吸附的性能，但是，目前饮用水除氟电吸附电极的研发和实际应用存在如下问题：

（1）电极材料缺乏创新性，导致大多数电促吸附停留在单纯以石墨板为吸附电极的阶段。

（2）缺乏合适的成型方法和技术，导致大多数研发过程停留在实验室阶段。

（3）一些成型吸附剂强度差、易破碎；吸附法饮用水除氟的吸附材料成型后一般会装填在吸附塔/罐/柱内使用。但是由于吸附床层自重、静水压力，处理过程水流动能、反冲过程瞬时高速水流功能都有可能导致吸附剂颗粒破碎，一方面会导致吸附剂流失，系统不能长久有效运行；另一方面短期内出水浊度升高，化学元素溶出释放导致饮水安全隐患。

（4）一些成型过程和成型材料含有有害物质，不能保障饮水安全。

（5）复合电极成型过程化学吸附容量损失大而造成电促效果不明显。

目前使用的饮用水除氟电吸附电极的比电容小；吸附容量低；制备过程中吸附容量损失大，成品除氟吸附电极的强度差，容易破碎，易溶胀，浸出物多，处理后的出水安全性差，不适宜长期连续运转使用。

(Carbon Aerogels)是一种新型轻质纳米级多孔性非晶碳素材料，碳气凝胶连续的三维纳米网络结构导致其成为目前最轻的固态材料之一，而且还具有许多优异的力学、电学和化学性能，是有效表面积较大且导电性优良的电极材料，使其广泛应用于电池材料、电极材料、化学传感器等领域。

镧作为一种稀土元素，研究表明，稀土元素的氧化物对氟离子具有较高的吸附选择性，将其负载在碳气凝胶材料上可以提高该材料对氟的吸附量和选择性。

热熔胶是以热塑性树脂或热塑性弹性体为主要成分，添加增塑剂、增粘树脂、抗氧剂、阻燃剂及填料等成分，经熔融混合而制成的不含溶剂的固体状粘合剂。具有黏合速度快、无毒、黏合工艺简单，又有较好的黏合强度与柔韧性、耐溶剂、耐磨等优点，可用于各种材料的粘接，由此被称为“绿色胶黏剂”。中国专利CN101070455(2007- l1-14)公布了一种反应型EVA热熔胶，由于反应型EVA热熔胶的分子结构由线型转变为交联型结构，因而显著地提高了内聚强度、粘接强度、耐热性和耐溶剂性等，可在某些方面代替尼龙、聚酯、聚氨酯等类型热熔胶。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种饮用水除氟电吸附载镧电极及其制备方法。本发明方法制备的复合电极的除氟吸附能力强，强度高，长期使用不破碎，质量损失小，无溶出，无二次污染问题，安全可靠，适于长期和在水流压力变化较大的情况下使用。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种用于饮用水的除氟电吸附载镧电极的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：

1）将镧负载在碳气凝胶材料中，制得导电性吸附剂，其中，所述镧与碳气凝胶材料的重量份之比为5-60:40-95；

2）将热熔胶加入到步骤1）中制备的载镧的碳气凝胶材料中，混合均匀，制得电吸附混合物，其中，热熔胶与载镧的碳气凝胶材料的重量份之比为10-40:60-90；

3）将电吸附混合物放入模具中，热压成型、高温交联处理而成。