一种利用锰促层状金属氧化物电极膜电容去离子去除水体中硝酸盐的方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体地说，它涉及一种利用锰促层状金属氧化物电极膜电容去离子去除水体中硝酸盐的方法。

背景技术

水体中硝酸盐浓度过高对生态环境及人体健康都存在着巨大的威胁，对于生态环境而言，会引起水体出现富营养化、缺氧及减少河流生物多样性等现象，严重破坏水生生态系统平衡；人体中若摄入过多的硝酸盐会产生蓝婴综合征，增加致癌风险；此外，硝酸盐摄入过多会出现其他较为严重的慢性病，如：心血管疾病，糖尿病和甲状腺疾病等。

膜电容去离子(Membrane capacitive deionization，MCDI)技术是基于电吸附协同电催化去除NO

影响MCDI技术效果的关键为电极材料。理想的MCDI电极材料需具备较大的比表面积、均匀分布的孔径、优异的导电性、亲水性和循环稳定性等。层状混合金属氧化物(LMOs)是通过煅烧层状双氢氧化物(LDH)得来的，LMOs保留了LDH的高活性表面积，且可以通过吸附水中的阴离子重构层状结构。因其具有正电荷补充效应、赝电容效应和比表面积大等优异的性能，成为近年来MCDI电极材料研究和应用的新热点。

CuAl-LMO具有高效电吸附NO

发明内容

本发明的目的是提供一种利用锰促层状金属氧化物电极膜电容去离子去除水体中硝酸盐的方法，该方法通过制备锰促层状金属氧化物电极，并将其用于MCDI，实现去除水体中硝酸盐的目的。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种利用锰促层状金属氧化物电极膜电容去离子去除水体中硝酸盐的方法，包括以下步骤：

S1.制备锰促层状金属氧化物电极材料；

S2.将电极材料制备成电极；

S3.搭建MCDI系统；

S4.通过MCDI系统去除水体中硝酸盐。

本发明进一步设置为：所述制备锰促层状金属氧化物电极材料的具体操作如下：

(1)Mn

(2)Mn

本发明进一步设置为：所述将电极材料制备成电极的具体操作如下：

将制备得到的电极材料、乙炔黑和10g/LPVDF水溶液以8：1：1的比例混合来制备粘性电极浆料；在均匀搅拌后，通过使用刮刀将浆料均匀的涂抹在钛网上，在45℃真空烘箱中干燥1h，110℃下干燥2h，然后密封保存12h后得到Mn

本发明进一步设置为：所述Mn

本发明进一步设置为：所述MCDI系统由烧杯、蠕动泵、MCDI模块单元、恒流恒压电源和在线电导率仪构成；

所述MCDI模块单元由2块PVC塑料端板、阳极电极、橡胶垫圈、阳离子交换膜、阴离子交换膜、橡胶垫圈和阴极电极构成。

本发明进一步设置为：所述阳极电极为Mn

本发明进一步设置为：所述通过MCDI系统去除水体中硝酸盐的具体操作如下：

通过流速为20mL·min

本发明进一步设置为：所述盐吸附量的计算公式为：

SAC为电极盐吸附量(mg·g

本发明进一步设置为：所述恒定电压的最优值为1.2V。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)在CuAl-LMO中掺杂Mn以改善其结构特性，从而提高MCDI系统的盐吸附容量。与CuAl-LMO相比，Mn的引入扩展了CuAl-LMO层间距，增加了活性位点，改善了电化学性能，极大的提升了脱盐效果。

(2)Mn

(3)在CuAl-LMO中掺杂Mn后，比电容增大且离子扩散电阻降低。当Mn/Cu/Al的比例为0.2:2.0:1.0时，Mn

(4)在外加电压为1.2V，初始KNO

附图说明

图1是本发明MCDI脱盐系统及单元图；

图2中(a)在电压为1.2V，初始KNO

图3中(a)电压范围为0.8-2.0V，初始KNO

图4中(a)在电压为1.2V，初始KNO

具体实施方式

以下结合附图1-4对本发明作进一步详细说明。

实施例1：搭建以CuAl-LMO电极为阳极的MCDI系统

CuAl-LDH的制备：称取9.00mmol Cu(NO

CuAl-LMO的制备：在真空条件下，将CuAl-LDH于管式炉中，以5℃/min升温至200℃后，再以2℃/min的加热至300℃，保持1h，得到CuAl-LMO。

将制备得到的CuAl-LMO电极材料、乙炔黑和10g/LPVDF水溶液以8：1：1的比例混合来制备粘性电极浆料；在均匀搅拌后，通过使用刮刀将浆料均匀的涂抹在钛网上，在45℃真空烘箱中干燥1h，110℃下干燥2h，然后密封保存得到CuAl-LMO电极。

利用制备得到的电极搭建MCDI系统，该系统由烧杯、蠕动泵、MCDI模块单元、恒流恒压电源和在线电导率仪构成；其中MCDI模块单元由2块PVC塑料端板、阳极电极、橡胶垫圈、阳离子交换膜、阴离子交换膜、橡胶垫圈和阴极电极构成。系统中的阳极电极为CuAl-LMO电极，阴极电极为活性炭(AC)电极。

实施例2：搭建以Mn

Mn

Mn

将制备得到的Mn

利用制备得到的电极搭建MCDI系统，该系统由烧杯、蠕动泵、MCDI模块单元、恒流恒压电源和在线电导率仪构成；其中MCDI模块单元由2块PVC塑料端板、阳极电极、橡胶垫圈、阳离子交换膜、阴离子交换膜、橡胶垫圈和阴极电极构成。系统中的阳极电极为Mn

实施例3：MCDI脱盐实验

将实施例1和实施例2中搭建的以CuAl-LMO电极为阳极的MCDI系统和以Mn

通过流速为20mL·min

设置电压为1.2V，将初始KNO

为了进一步研究不同电压和溶液浓度对Mn

如图4(a)所示，设置电压为1.2V，KNO

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。