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伴随着发展中国家高速工业化及城市化的发展,是人类环境的急剧恶化,尤其是饮用水水源日益受到可溶性重金属、有机污染物、硝酸盐等有害物质的污染,传统的水处理技术已很难满足人们对饮用水水质的要求。由此出现了许多饮用水深度处理技术,如活性炭吸附技术、深度氧化技术、膜技术和KDF铜锌合金技术等。它们都存在各自的优点和缺陷。根据铜锌合金滤料净水机理,从提高铜锌合金滤料的效率和利用率出发,来降低铜锌合金滤料的成本,本文以钛作为阳极,铝金属片作为阴极,酒石酸钾钠作为络合剂,通过电沉积法制备了多孔铜锌合金。探讨了反应条件对多孔铜锌合金性能的影响,制备多孔铜锌合金材料的样品最佳条件:温度为45℃,电压12V,pH值为13,反应时间为30S;络合剂为C4H4O6KNa,Cu2+/Zn2+(摩尔比)为1:1.5,提高硫酸锌的浓度有利于锌的沉积,铜锌的离子浓度为45g/L,C4H4O6KNa/(Cu2++Zn2+)(摩尔比)为2.5:1。能够有合适的铜锌比例和较大的比表面积,并且有很强的氧化性和较好的去除余氯的效果。
用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X-射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、等方法对多孔铜锌合金和超细铜锌粉进行了表征。分析表明在Cu2+/Zn2+(摩尔比)为1:1.5时,铜锌合金粉中铜锌摩尔比为1:1.1。在CcuSO4·5H2O=45g/L,多孔铜锌颗粒疏松,有许多微小孔隙有利于增大合金粉的比表面积。电极使用钛金属片阳极,铝片为阴极是适宜的。多孔Cu-Zn合金粉的比表面积达到17.93m2/g,高于进口KDF55和国产KDF55。
将按铜金粉制备工艺制备的超细铜锌合金粉材料热处理后用于水处理,实验结果表明在热处理温度值为300℃,热处理时间为40min后SEM和EDS分析表明部分超细粉的已尺寸接近纳米级,具有很高的比表面积和活性,热处理后比表面积有所增大,在水处理中有很好的去除余氯的效果。
多孔Cu-Zn合金滤料对低浓度Pb2+(20ug/L、100ug/L)具有很好的去除效果;在去除高浓度Pb2+(5mg/L)时,进口KDF55只能去除67%,每升水中加入0.1g多孔Cu-Zn/超细Cu-Zn粉滤料,处理时间10min,可以分别去除90.34%,89.44%的Pb2+。经多孔Cu-Zn/超细Cu-Zn粉处理浓度为10 ug/L,20 ug/L的Cd2+后达到饮用水水质要求,每升水中加入0.1g多孔Cu-Zn/超细Cu-Zn粉,可以使10ug/L的Cd2+降低到1.621ug/L、2.706 ug/L;每升水中加入0.1g多孔Cu-Zn/超细Cu-Zn粉对20 ug/L的Cd2+去除量分别达到2.317 ug/L、2.740 ug/L,去除率分别达到89.73%、83.37%。多孔Cu-Zn/超细Cu-Zn粉材料对高浓度的Cd2+离子去除率较低,仅为59.52%、39.22%。多孔Cu-Zn/超细Cu-Zn粉材料对Cr6+离子有较高的去除率,在滤料停留30min后可达到84.42%、73.70%的去除率,随着停留时间的增加,去除率也有所提高。
多孔Cu-Zn/超细Cu-Zn粉材料在除余氯、低浓度、高浓度的重金属离子效果均表现出良好净水的性能,是有应用前景的净水材料,多孔Cu-Zn比超细Cu-Zn粉性能更为优异。