摘要：采用自制的炭气凝胶平板电极进行模拟水样中氟的电吸附去除研究，通过单因子实验优化了该电吸附技术的操作参数和适用的溶液条件，并研究了反接电极法的再生效果。研究结果表明，自制的炭气凝胶平板由纳米颗粒组成三维网络结构，比表面积为670.90 m2/g，具有良好的充放电可逆性和迅速形成表面双电层的特点。静态电吸附除氟效果最佳的条件为：水样氟离子浓度6 mg/L，pH 7.0，极板间距4 cm，电压1.6 V；共存物质硝酸根、腐殖酸、碳酸根和碳酸氢根等对氟离子的电吸附具有一定的促进作用。
吸附氟离子后的炭气凝胶材料的比表面、孔体积、电容值有所减小。对于吸附氟离子后的炭气凝胶平板电极，采用反接电极法取得较好再生效果的条件为：流动状态、电压1.6 V、极板间距4 cm。再生后的炭气凝胶电极与原始炭气凝胶相比，依然具有良好的充放电可逆性。
目前，氟离子是我国地方地下水源中较为严重的污染物，其在饮用水中的适宜浓度为0.5~1.0mg/L。据研究，全国约有7700万人饮用含氟量超过1.0 mg/L的地下水，其中近500万人的饮用地下水含氟量超过5.0 mg/L，从而导致我国十分广泛的地方病地方性（饮水性）氟中毒的蔓延。对于饮用性地下水中氟离子的去除的主要技术包括：混凝沉淀、吸附、电凝聚、电渗析和反渗透等，其中吸附技术因其去除效率高，效果稳定而被广泛应用，成为最为常用的除氟方法。
近年来，电吸附技术作为一种低能耗的清洁技术而成为研究的热点，其在咸水脱盐、工业废水中除镉等重金属方面已被研究或应用。该技术的原理是施加外加电场时，带电离子在电泳作用下移动到带相反电荷的电极上，在电极表面附近产生双电层，从而达到吸附去除水中污染离子的目的；而且电吸附技术的电极再生方式较为方便，一般可以采用反接电极法进行脱附再生。
在电吸附技术中，电极材料一般采用活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶和碳纳米管等炭材料。其中，炭气凝胶因其具有良好的导电性、高的比表面（600~1000m2/g）及孔隙率（80%~98%），从而有望成为极具潜力的新型的电极材料。
鉴于电吸附技术具有的优势和炭气凝胶材料作为电极吸附材料的优良性能，本研究主要针对饮用水源的氟离子污染问题，研究平板炭气凝胶电极电吸附除氟技术的操作条件和溶液条件对除氟效果的影响，优化该电吸附除氟技术的参数，并进一步研究电极反接法的再生效果，为电吸附除氟技术的发展奠定基础。
1实验部分
1.1实验材料
1.1.1炭气凝胶
采用分析纯的间苯二酚、甲醛、碳酸钠和丙酮等试剂，依据文献的方法程序，在常压条件下制备平板炭气凝胶。其中，以间苯二酚与甲醛反应物在碳酸钠溶液的催化下制备出有机湿凝胶，然后在常温常压下每12小时换一次丙酮，经过,次置换出有机湿凝胶中的水分，再进行高温炭化后，即生成平板的炭气凝胶。
1.1.2含氟水样
实验中的含氟模拟水样采用氟化钠（分析纯）在105°C条件下烘2h，溶解于蒸馏水中配制，对应的氟离子浓度分别为2、4、6、8和10mg/L。此外，水样中的共存有机物和无机离子分别采用腐殖酸和硫酸钠、碳酸钠、氯化钠、碳酸氢钠和硝酸钠等（均为分析纯）试剂进行调节。
1.2电吸附实验装置
氟离子电吸附实验装置如图+所示，主要由电吸附池、电极和直流稳压电源构成。其中有机玻璃电吸附池的尺寸为35mm*（30、40、50、60、70）mm*45mm。在静态实验中，该装置进出水口密封；在动态实验中，含氟水在蠕动泵的驱动下由池体下部进水口进入池中，经对面隔板上部的出水口流出，并在池外循环流动。阳极选用自制炭气凝胶材料，尺寸为45mm*35mm*（2~3）mm。阴极最初选用石墨电极，因实验主要考量炭气凝胶材料在电吸附过程中对于氟离子的吸附效果，因此后换为自制的炭气凝胶电极。直流稳压电源为北京大华无线电仪器厂的DH1715A-3型电源。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
详情请点击下载附件：平板炭气凝胶电极电吸附除氟