1. 研究目的与意义（文献综述）

我国钒资源主要来源于钒钛磁铁矿和石煤，石煤提钒是我国开发钒资源的一个重要方向。国内石煤提钒通常先通过重选、浮选或重-浮联合流程实现钒的预富集，再通过焙烧以脱碳、破坏含钒矿物结构、使钒氧化并转为可溶性钒酸盐。焙烧后的浸出工作常有助浸剂浸出、多级逆流浸出、机械活化酸浸、氧压浸出、混合酸浸出等多种浸出方式，浸出液中钒浓度通常较低，需净化富集后才能进行沉钒。目前，离子交换和溶剂萃取是净化富集的主要手段。但都存在一些问题，其中离子交换法能耗较高，交换效率较低，溶剂萃取法虽然效率高，选择性好，如三烷基胺-N235，但萃取剂易流失，对环境存在潜在威胁。

电容去离子技术(CDI)是一种多用于海水淡化和废水处理领域的去离子技术，其利用通电电极表面带电的特性，对溶液中离子产生静电吸附作用，主要具有效率高，能耗低，环境友好等优点。本研究将离子交换树脂与CDI相结合，用活性炭-离子交换树脂复合电极选择性富集低钒浸液中的钒，这一方法兼具CDI的高效环保和离子交换技术的选择性。其原理是利用CDI 中的双电层使溶液中的钒酸根在电极板附近富集，并与电极中的离子交换树脂反应，实现钒的富集。这一方法可以大大提升离子吸附的选择性和吸附效率，为含钒浸出液的净化富集提供一种新的思路。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容

（1）选取D314离子交换树脂和平均粒径为0.038mm的活性炭作为电极材料，通过电化学性能测试和对模拟酸浸液中的钒的吸附能力和选择性考察，选择合适的黏结剂种类。

（2）用Designexpert试验设计分析软件进行实验设计，利用响应面分析，以复合电极对模拟酸浸液中的钒的吸附能力和选择性和电极板的电化学性能为指标，确定最佳的制备树脂-活性炭复合电极的黏结剂添加量、树脂比例、树脂粒度。

（3）用氮气吸附脱附法对复合电极的比表面积进行测定，对比不同制备条件下所制得的复合电极的比表面积的差异。

2.2 研究目的

电容去离子技术作为一种新型的电吸附技术在工业废水处理，海水淡化等领域已有广泛的研究。将电容去离子技术(CDI)与离子交换树脂相结合，以电极板的吸附性能和电化学性能为指标，探索制备树脂-活性炭电极的最佳条件，为含钒浸出液的净化和富集提供一种高效率、低能耗、环境友好的新型技术，为矿山冶金行业提供新的环保型技术的开发方向，也拓宽了电容去离子技术的应用领域。

2.3 技术方案与措施

技术方案与措施：

#8226; 离子交换树脂的预处理。将离子交换树脂碾磨至某粒级，再用浓度为5%的HCl浸泡24h后用去离子水冲洗至清洗液接近中性，再用浓度为5%的NaOH浸泡24h后用去离子水冲洗至pH=7.5左右过滤，50℃烘干表面水分。离子交换树脂碾磨粒度：0.074mm、0.045mm、0.038mm。

#8226; 活性炭的预处理。活性炭颗粒适当振磨后，用去离子水湿筛(筛孔宽0.038mm)，烘干筛下颗粒备用。

#8226; 电极板的制备。活性炭和离子交换树脂按质量比例混匀，加入与电极材料(活性炭和离子交换树脂)质量比适当的黏结剂，搅拌制成均匀浆体，均匀涂覆在集电极2面，烘干并干燥，制成涂层厚度均匀、尺寸为10cm×3.7cm的吸附电极板。活性炭/离子交换树脂：1:2 1:3 1:4；黏结剂种类：PVDF、AA、环氧树脂胶、电气凝胶。

#8226; 酸浸液的配制。以某矿业公司所得酸浸液为蓝本，按照其元素质量浓度配制模拟酸浸液。以下为酸浸液药剂制度：

#8226; 复合电极对钒的吸附。连接电容去离子装置，在电极板上施加一定高度的电压后，用循环泵将预处理后的酸浸液匀速输送到电容吸附装置中，液体流经电极板过程中，含钒离子被吸附到电极板上，完成富集过程的液体回流至料液池中。3×2块极板，极板间距3mm，电压1V，流速25mL/min，处理时间90min.

#8226; 比表面积测试，循环伏安和交流阻抗测试。用氮气吸附脱附法对复合电极的比表面积进行测定，评估不同方案制备的复合电极的物理化学性能的差异，并结合循环伏安法和交流阻抗测试，分析比表面积和电容电性能对钒的吸附机能的影响。

#8226; 复合电极性能及制备方案分析。对吸附后的酸浸液进行化学分析，以电极对钒的吸附的选择性和离子富集率作为评价树脂-活性炭复合电极性能的指标，通过响应面分析得到最优方案。

3. 研究计划与安排

1月20号—2月15号 收集资料，完成开题报告并上传至教务系统

2月16号—3月01号 试验器材、试验材料及研究内容的初步确定

3月02号—3月10号 了解电容去离子技术研究现状，确定合理的技术路线

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张一敏,包申旭,刘涛,等.我国石煤提钒研究现状及发展[j].有色金属(冶炼部分),2015, 02, 24-30.

[2] zhang ym, bao s x, liu t, et al. the technologyof extracting vana dium from stone coal in china: history, current status andfuture prospects［j］.hydrometallurgy，2011(1/2):116-124．

[3] x. yang, y.zhang, s. bao, c. shen, separation and recovery of vanadium from asulfuric-acid leaching solution of stone coal by solvent extraction usingtrialkylamine, separation and purification technology, 164 (2016) 49-55.