摘要：随着科学技术的发展，我国的电吸附技术有了很大进展。电吸附技术是利用带电电极表面吸附水中离子或带电粒子，从而达到净化水或使水脱盐的目的。文章重点介绍了电吸附技术的影响因素和电吸附技术在水处理中的应用，并对其研究进展进行了展望。对电吸附技术的研究结果表明，该技术用于水的除盐具有能耗低、使用简便以及对环境友好等特点。
关键词：电吸附；电极；水处理
引言
随着人口的增长和对水资源的大量需求，环境破坏与水资源短缺问题越来越严重，并日益威胁着人类的健康与生活，对此，必须积极采取必要的措施来解决环境污染问题，保护水资源。对污染水进行治理就是应对水资源枯竭有效地措施之一。常见的水处理方法有物理处理法、化学处理法和生物处理法。这几种方法虽然对污染物有着良好的去除效果，但同时也存在着很多的缺点，比如能源损耗大、成本高、易产生二次污染等。电吸附技术作为一种洁净的水处理技术，可以避免上述缺点，是一种经济且有效的水处理方法，在去除金属离子、胶体微粒、溶解盐类及其它有害离子时效果明显，并已经在污水处理中得到了广泛应用。
1电吸附理论
电吸附是电子在带电电极表面发生的诱导电势吸附，是用于去除中等离子强度溶液中各种带电粒子的一种具有广泛应用前景的工业技术。与常规的吸附方式不同，电吸附是将吸附剂极化以操纵界面电位，从而改变界面吸附量和选择性（电增强吸附）。电吸附的驱动力来自吸附质与电吸附剂电极的各种相互作用。电吸附过程中，吸附和脱附都可以通过电位的调控来完成。循环电吸附时，吸附剂首先保持在吸附电位，使吸附质从一种溶液中移去（电吸附），然后电位反向控制在脱附电位使其脱附到另一种溶液中（电脱附）。电吸附过程可构成电位控制的吸附、脱附循环，一方面允许提高吸附容量（电增强吸附），另一方面原位再生吸附剂。电吸附是一种不涉及电子得失的非法拉第过程，所需电流仅用于给吸附电极/溶液界面的双电层充电，因此电吸附本质上是一个低电耗的过程。它通过电脱附原位再生使用过的吸附剂，避免采用热再生，进一步节约了能耗，并且由于不采用溶剂洗涤或化学药剂再生，因而是一种清洁技术。
2常用电极材料
2.1石墨电极
石墨作为一种经典的电极材料已有百逾年历史，尽管自身并没有明显的吸附能力，但其有着良好的机械性能及易成型性，可作为电吸附剂。Zabasajja等在研究用石墨电极和活性炭电极对戊醇和庚醇电吸附的吸附行为时得知，吸附容量的电位敏感性随表面电容的增强而增高。然而随着新型电极材料的出现，石墨电极逐步被取代。
2.2活性炭电极
根据活性炭吸附原理，活性炭吸附是将液体中游离物质凝聚于自身表面，这种吸附是一种自然的吸引力，而且这种吸引力不受活性炭温度的影响。活性炭基于这种特性，其作为电极材料在施加电压时对污水中的微小离子去除效果更好。活性炭在吸附时，控制活性炭电极的孔径大小以实现对不同污染物质特定的吸附非常重要，吸附质分子的大小与活性炭孔隙直径越接近，越容易被吸附去除。因此，在选择活性炭电极材料时，应该根据废水的水质并通过试验确定。比如对于染料废水的处理，染料废水有机物含量较多，应选择孔隙发达的炭种；对废水进行除盐处理时，溶解盐颗粒比较小，应选孔隙较小的炭种。另外，活性炭吸附量还与吸附质浓度、液体温度、ｐＨ值等有关，吸附量随溶液温度的升高而减少，随吸附物质浓度的升高而增大，在酸性条件下吸附效果更好。
2.3炭气凝胶电极
炭气凝胶（Carbonaerogels）是一种新型的多孔炭材料，在过去十年中得到了广泛的应用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆炭气凝胶由美国LawrenceLivemore国家实验室研制开发，它是由间苯二酚——甲醛聚合物凝胶裂解而制，可以根据需要制成不同的形状，如块状、珠状和薄膜纸状。炭气凝胶由许多纳米开孔（3～30nm）和中间孔（<50nm）构成，比表面积通常很大（400～1100m2/g），电导率很高（10～100S/cm）。
3电吸附技术的应用
3.1电吸附技术用于处理电厂循环冷却排污水
Ma等以实际循环冷却排污水为研究对象，在最佳实验条件下，探究脱盐性能和主要离子去除效果。结果显示，最大除盐率为75.63%，平均除盐率为60.66%。Ca2+的平均去除率为50.1%，Mg2+的平均去除率为48.5%，硫酸盐的平均去除率为51.21%，Cl-的平均去除率达到69.99%。实验数据有效说明，电吸附技术在电厂循环冷却排污水脱盐处理中具有良好的处理效果。Liu等采用电吸附除盐技术，对国华准格尔发电有限责任公司3号机组循环冷却排污水展开除盐处理，对处理后的水质（含盐量、氯化物、总碱度、总硬度、浊度等指标）进行分析，重点考察对循环水的除盐效果及影响因素。试验结果表明，电吸附除盐装置可以有效去除电厂循环冷却排污水中的离子，产水的电导率、总硬度、碱度、氯化物及浊度等指标能够满足回用要求。
3.2电吸附技术在海水除盐的应用
水资源的缺乏是制约社会经济发展的主要障碍之一，海水淡化作为一种稳定的水资源增量技术，是解决水资源缺少问题，优化水资源结构和保障供水安全的重要战略选择。Farmer等用碳气凝胶作电极对模拟海水进行处理，在100μs/cm的原料流中可脱除95%的盐。Ahmed等通过对石墨烯/SnO2复合电极的表征与吸附性能的研究，得出了在石墨烯中加入15%SnO2的复合电极比原始的石墨烯电极有更好的电化学性能：323F/g的电容量，良好的循环稳定性。对海水的脱盐研究中，石墨烯/SnO2复合电极达到了83%的脱盐率，提供了一种有效的海水脱盐技术。
3.3电吸附技术对生活污水的处理
电吸附技术主要通过带电电极吸附水中的离子及带电微粒，实现水中带电物质在电极表面的富集。有机物和悬浮物携带的电荷比较少，而且有机物和悬浮物颗粒比较大，被电极材料吸附比较困难，因此电吸附技术在处理生活污水时效果一直不是很理想。柯起龙用电吸附系统携带滤膜对污水中悬浮物进行去除效果实验研究，做实验的水样采自于新疆巴里坤县污水处理厂，结果表明对污水中悬浮物的处理主要靠系统携带的滤器进行，而电吸附模块对悬浮物的去除率仅15％。绍兴水处理发展有限公司陈伟做过电吸附技术处理印染废水的实验研究，结果表明电吸附技术除盐率比较高，达到70％以上；而ＣＯＤ去除率只有40％，去除效果较差。对于生活污水，可以结合电吸附技术和生物处理技术共同进行处理，这样对于生活污水中的有机物去除会比较彻底，而且同时使用电吸附技术还可以去除污水中无机离子、盐类等微小带电离子，对生活污水中污染物质的去除更彻底。
结语
综上所述，电吸附技术处理污水具有能耗低、处理效率高、环境友好等特点，对工业废水处理效果较好，但对于生活污水污染物的去除效果有待完善。目前，应对电吸附技术的吸附过程和吸附原理进行更充分和深入的研究，注重研究更大吸附容量、更高去除效率、更经济的电极材料。完善电吸附装置，增强电吸附装置除盐效果，使电吸附技术更好地应用于海水淡化。
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论文作者:王涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/13
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