CN108298647A - 一种电吸附法水处理物理实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电吸附法水处理物理实验装置，其包括电极对、电导率测定仪、电源、蠕动泵，所述电极对包括两个电极，所述电极对与电源电连接，所述电导率测定仪与待测水样连接以测定待测水样的电导率，待测水样、蠕动泵、电极对依次通过管路首尾相连；所述电极为负载有活性炭和石墨烯的泡沫铜。本发明的技术方案简便实用、结构简单，能深化学生对物理专业知识的透彻理解、锻炼学生的实践动手能力以及培养学生的创新意识；在实际教学过程中，该实验有效地激发了学生的学习兴趣，提高了学生独立进行科学研究的素质和能力。

Description

一种电吸附法水处理物理实验装置
技术领域
本发明涉及物理实验装置领域，具体涉及一种电吸附法水处理物理实验装置。
背景技术
大学物理实验教学是高校实践教学的重要组成部分，是培养学生实践能力和创新能力的重要环节，有助于学生深刻理解和掌握理论知识。为了激发学生的学习兴趣和促进所学专业的实际应用，同时也让学生尽早接触到本学科前沿性的科学研究问题，需要在本科物理实验教学中引入一定的创新性实验。通过合理设计实验方案和实验内容，将理论和专业知识融合到实验教学中，能够培养学生理论联系实际的能力以及创新能力，提高学生的综合素质。
电吸附法脱盐，是一种基于静电吸附原理的水质淡化和净化技术。其基本原理是：在由吸附材料制备而成的两电极上施加低电压后，溶液中的阴、阳离子或带电粒子在电场力和浓度梯度的作用下分别向两极迁移，吸附于溶液和电极表面形成双电层电容，从而实现溶液中的离子与水分离，达到脱盐的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于静电吸附原理的电吸附法水处理物理实验装置，具有简便实用、误差小、吸附容量高、能激发学生学习兴趣的优点。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
一种电吸附法水处理物理实验装置，其包括电极对、电导率测定仪、电源、蠕动泵，所述电极对包括两个电极，所述电极对与电源电连接，所述电导率测定仪与待测水样连接以测定待测水样的电导率，待测水样、蠕动泵、电极对依次通过管路首尾相连；
所述电极为负载有活性炭和石墨烯的泡沫铜；
进一步地，所述电极的制备方法如下：将活性炭粉末、石墨烯、导电炭黑、粘合剂按质量比7:1:1:2混合后加入溶剂，搅拌均匀后得到导电剂，将泡沫铜片浸入导电剂中6-20h后取出烘干；
进一步地，所述导电剂中还包括硫酸锌和亚硝酸钠；
进一步地，硫酸锌的用量为石墨烯重量的0.05-0.3倍；
进一步地，亚硝酸钠的用量为石墨烯重量的0.05-0.3倍；
进一步地，所述泡沫铜孔隙率为60-90％，平均孔径为0.1-5mm；
进一步地，所述粘合剂为酚醛树脂；
进一步地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；
进一步地，N-甲基吡咯烷酮的用量为活性炭粉末的10-20倍。
本发明具有如下优点：
1)加入的石墨烯由于其特殊的杂化轨道形式使得其可以形成“隧道效应”供导电粒子通过，因此可大幅度改善电极的导电性能同时可降低导电炭黑和活性炭的用量，极大地提高了电极对的单位吸附量；
2)引入硫酸锌、亚硝酸钠帮助提高了电极对的单位吸附量，同时使制得的电极对负载物不易脱落、且腐蚀较轻，从而使得价廉易得、导电性佳的泡沫铜可以作为电极材料；
本发明的技术方案简便实用、结构简单，通过改进了电极材质及电极制备方法有效降低了实验误差，提高了学生独立进行科学研究的素质和能力；能深化学生对物理专业知识的透彻理解、锻炼学生的实践动手能力以及培养学生的创新意识；在实际教学过程中，该实验有效地激发了学生的学习兴趣，提高了学生独立进行科学研究的素质和能力。
附图说明
图1为本发明的电吸附法水处理物理实验装置的整体结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种电吸附法水处理物理实验装置，其包括电极对1、电导率测定仪2、电源3、蠕动泵4，所述电极对1包括两个电极，所述电极对1与电源3电连接，所述电导率测定仪2与待测水样5连接以测定待测水样5的电导率，待测水样5、蠕动泵4、电极对1依次通过管路首尾相连；所述电极为负载有活性炭和石墨烯的泡沫铜；待测水样为氯化钙水溶液。
所述电极的制备方法如下：将活性炭粉末、石墨烯、导电炭黑、硫酸锌、亚硝酸钠、酚醛树脂按质量比7:1:1:0.05:0.05:2混合后加入活性炭粉末的10倍的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后得到导电剂，将泡沫铜片浸入导电剂中20h后取出烘干；所述泡沫铜孔隙率为90％，平均孔径为0.1mm。
经测得，在对Ca2+电吸附去除实验中，上述电极对单位吸附量高达13.26mg/g，且循环使用500次无脱落腐蚀现象。
实施例2
一种电吸附法水处理物理实验装置，其包括电极对、电导率测定仪、电源、蠕动泵，所述电极对包括两个电极，所述电极对与电源电连接，所述电导率测定仪与待测水样连接以测定待测水样的电导率，待测水样、蠕动泵、电极对依次通过管路首尾相连；所述电极为负载有活性炭和石墨烯的泡沫铜；待测水样为氯化钙水溶液。
所述电极的制备方法如下：将活性炭粉末、石墨烯、导电炭黑、硫酸锌、亚硝酸钠、酚醛树脂按质量比7:1:1:0.2:0.2:2混合后加入活性炭粉末的20倍的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后得到导电剂，将泡沫铜片浸入导电剂中6h后取出烘干；所述泡沫铜孔隙率为60％，平均孔径为5mm。
经测得，在对Ca2+电吸附去除实验中，上述电极对单位吸附量高达14.77mg/g，且循环使用600次无脱落腐蚀现象。
实施例3
一种电吸附法水处理物理实验装置，其包括电极对、电导率测定仪、电源、蠕动泵，所述电极对包括两个电极，所述电极对与电源电连接，所述电导率测定仪与待测水样连接以测定待测水样的电导率，待测水样、蠕动泵、电极对依次通过管路首尾相连；所述电极为负载有活性炭和石墨烯的泡沫铜；待测水样为氯化钙水溶液。
所述电极的制备方法如下：将活性炭粉末、石墨烯、导电炭黑、酚醛树脂按质量比7:1:1:2混合后加入活性炭粉末的10倍的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后得到导电剂，将泡沫铜片浸入导电剂中6-h后取出烘干；所述泡沫铜孔隙率为90％，平均孔径为0.5mm。
经测得，在对Ca2+电吸附去除实验中，上述电极对单位吸附量为5.7mg/g，且循环使用100次无脱落腐蚀现象，约第120次使用时出现负载物脱落现象。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种电吸附法水处理物理实验装置，其包括电极对、电导率测定仪、电源和蠕动泵，其特征在于，所述电极对包括两个电极，所述电极对与电源电连接，所述电导率测定仪与待测水样接触以测定待测水样的电导率，待测水样、蠕动泵、电极对依次通过管路首尾相连；
所述电极为负载有活性炭和石墨烯的泡沫铜。
2.如权利要求1所述的一种电吸附法水处理物理实验装置，其特征在于，所述电极的制备方法如下：将活性炭粉末、石墨烯、导电炭黑和粘合剂按质量比7:1:1:2混合后加入溶剂，搅拌均匀后得到导电剂，将泡沫铜片浸入导电剂中6-20h后取出烘干。
3.如权利要求2所述的一种电吸附法水处理物理实验装置，其特征在于，所述导电剂中还包括硫酸锌和亚硝酸钠。
4.如权利要求3所述的一种电吸附法水处理物理实验装置，其特征在于，硫酸锌的用量为石墨烯重量的0.05-0.3倍。
5.如权利要求3所述的一种电吸附法水处理物理实验装置，其特征在于，亚硝酸钠的用量为石墨烯重量的0.05-0.3倍。
6.如权利要求2所述的一种电吸附法水处理物理实验装置，其特征在于，所述泡沫铜孔隙率为60-90％，平均孔径为0.1-5mm。
7.如权利要求2所述的一种电吸附法水处理物理实验装置，其特征在于，所述粘合剂为酚醛树脂。
8.如权利要求2所述的一种电吸附法水处理物理实验装置，其特征在于，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
9.如权利要求8所述的一种电吸附法水处理物理实验装置，其特征在于，N-甲基吡咯烷酮的用量为活性炭粉末的10-20倍。
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