電化學(xué)氧化法處理甲基橙模擬廢水的研究

1、電化學(xué)氧化法處理甲基橙模擬廢水的研究摘要：本實(shí)驗(yàn)以濃度（200 mg/l）甲基橙偶氮染料模擬廢水為研究對(duì)象，采用本實(shí)驗(yàn)組已有的鈦基二氧化鉛電極，通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)考察時(shí)間、ph、電壓、電解質(zhì)投加濃度等影響因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。本實(shí)驗(yàn)研究目的在于考察電化學(xué)氧化在偶氮類廢水中的處理情況，發(fā)現(xiàn)其在偶氮類處理方面的優(yōu)勢(shì)和不足，為其在實(shí)踐中應(yīng)用提供有用的參考數(shù)據(jù)，以增加在實(shí)際中的應(yīng)用性能。關(guān)鍵詞：電化學(xué)氧化法；甲基橙中圖分類號(hào)：o 646.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a電化學(xué)氧化是通過陽(yáng)極（一般是惰性陽(yáng)極）反應(yīng)生成的氧化基團(tuán)降解水中的有機(jī)物。電催化氧化法是最可能被工業(yè)化應(yīng)用的高級(jí)氧化工藝之一，被稱為“環(huán)境友好”技術(shù)，以其

2、多種優(yōu)勢(shì)有著其它高級(jí)氧化工藝所不能比擬的特點(diǎn)：（1）過程中產(chǎn)生的·oh具有強(qiáng)氧化性，可無(wú)選擇地直接與廢水中的有機(jī)污染物反應(yīng)，沒有或很少產(chǎn)生二次污染；（2）反應(yīng)條件溫和，電化學(xué)過程一般在常溫常壓下就可進(jìn)行；（3）既可單獨(dú)處理，又可與其它處理技術(shù)相結(jié)合，如作為生化法的前處理，用以提高廢水的可生化性；（4）反應(yīng)裝置簡(jiǎn)單，工藝靈活，可控制性強(qiáng)，易于自動(dòng)化，費(fèi)用不局。但是，至今為止，電催化氧化法在工業(yè)上的應(yīng)用還存在許多亟待解決的問題。因此，開展電催化氧化法處理難生物降解有機(jī)廢水的研究開發(fā)工作很有必要1-7。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 主要儀器設(shè)備儀器名稱儀器型號(hào)生產(chǎn)廠家晶閘管變流裝置調(diào)溫加熱套pkdf

3、-60/20kdm西安博望電子電力工程有限公司山東鄄城光明反應(yīng)器有限公司1.2 主要試劑試劑名稱純度等級(jí)生產(chǎn)廠家甲基橙 分析純天津市津北精細(xì)化工有限公司硫酸分析純西安市長(zhǎng)安縣新精細(xì)化工廠硫酸銀分析純西安化學(xué)試劑廠重鉻酸鉀分析純西安化學(xué)試劑廠鄰菲羅啉分析純天津市登封化學(xué)試劑廠硫酸亞鐵銨分析純天津市盛奧化學(xué)試劑有限公司硫酸亞鐵分析純天津市耀華化學(xué)試劑有限責(zé)任公司氯化鈉分析純天津市登封化學(xué)試劑廠1.3電極材料的選擇電極材料在電化學(xué)氧化過程中起著重大作用。電極過程的方向和動(dòng)力學(xué)、電極和反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式與反應(yīng)器壽命也在很大程度上取決于電極材料的性能，故電極的重要性也越來(lái)越明顯。電極材料必須具備導(dǎo)電性好、

4、抗腐蝕性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度和加工性能好、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。電極是電化學(xué)反應(yīng)器的核心構(gòu)件，不同用途的電化學(xué)反應(yīng)器對(duì)電解材料有不同的要求，最常用的電極材料為石墨電極、金屬電極和金屬氧化物電極三種，也是水溶液電解過程中常用的電極材料。1.4陽(yáng)極材料的選擇鈦基二氧化鉛電極具有催化活性高、導(dǎo)電性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此本實(shí)驗(yàn)選用鈦基二氧化鉛作為陽(yáng)極材料來(lái)處理廢水。本實(shí)驗(yàn)所用的鈦基二氧化鉛電極材料呈圓柱形，長(zhǎng)為500 mm，直徑10 mm。1.5陰極材料的選擇 采用圓柱形鐵片作為陰極材料，電解過程中陰極產(chǎn)生的氫氣可作為微污染物水去除氨氮的供氫體解決反硝化所需要的氫氣供體問題。1.6模擬印染廢水的配置稱

5、取0.2000 g甲基橙放入1000 ml干凈燒杯中，先加200 ml蒸餾水用玻璃棒攪拌加快溶解，直到燒杯中甲基橙全部溶解，再加蒸餾水至1000 ml，得到(甲基橙）=200 mg/l的單一模擬印染廢水。1.7分析方法codcr采用重鉻酸鉀法測(cè)定（gb/t 11914-1989)，本國(guó)標(biāo)適用于cod值高于30 mg/l的大多數(shù)水體，樣品不經(jīng)過稀釋可測(cè)最大cod值為700 mg/l8；色度采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定；ph值采用pb-10型酸度計(jì)測(cè)定。2 結(jié)果與討論2.1 主要影響因素的確定通過單因素試驗(yàn)，分別考察ph值、反應(yīng)時(shí)間、微電解材料投加量、反應(yīng)電壓和電解質(zhì)nacl對(duì)處理效果的影響，得出主要影響因

6、素。2.1.1.污水ph值對(duì)鐵炭微電解法去除率的影響常溫下，（甲基橙）=200 mg/l，電壓為5 v，nacl投加濃度為0.03 mol/l，暴氣量為0.4 l/min，電解時(shí)間為2 h，考察ph值對(duì)codcr去除率和色度去除率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1。 圖 1 ph 值對(duì)codcr和色度去除率的影響fig.1 effect of ph value on removal rates of codcr and colority由圖1可知，ph值對(duì)甲基橙廢水cod去除率有較大影響，當(dāng)廢水ph值在4左右時(shí)，去除率效果最好，到達(dá)81.74%，隨著廢水ph值的升高，去除率降低。在反應(yīng)器內(nèi)，主要發(fā)生的電解

7、反應(yīng)為：h2o2 h+ ho + h2o反應(yīng)生成的ho氧化廢水中的有機(jī)物，ph值越低效果越好，但過低的ph值易產(chǎn)生二次污染。由圖1還可知，ph值對(duì)色度去除率影響不大。綜合考慮，設(shè)定優(yōu)化ph值為4。2.1.2電解時(shí)間對(duì)鐵炭微電解法去除率的影響常溫條件下，（甲基橙）=200mg/l的模擬廢水，以hcl，naoh調(diào)節(jié)ph=4，暴氣量為0.4l/min, 電壓為5v，nacl投加濃度為0.03mol/l時(shí)，考察了電解時(shí)間對(duì)甲基橙模擬廢水codcr與色度的影響，如圖2所示。 圖2 電解時(shí)間對(duì)codcr和色度去除率的影響fig.2 effect of reaction time on removal ra

8、tes of codcr and colority由圖2可以看出，過長(zhǎng)或過短的反應(yīng)時(shí)間都會(huì)明顯的降低甲基橙廢水codcr去除率，色度去除率影響較小，基本到達(dá)75%。反應(yīng)時(shí)間由1 h增長(zhǎng)到2 h，codcr去除率明顯上升，并達(dá)到最大值82.31%，繼續(xù)增長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，codcr去除率明顯降低。綜合考慮，設(shè)定優(yōu)化反應(yīng)時(shí)間為2 h。2.1.3 nacl投加濃度對(duì)鐵炭微電解法去除率的影響常溫條件下，（甲基橙）=200mg/l的廢水，以hcl，naoh調(diào)節(jié)ph=4，暴氣量為0.4l/min，電解時(shí)間為2h，溶液ph值為4，反應(yīng)電壓為5v時(shí)，投加nacl不同濃度時(shí)對(duì)cod和色度的去除率的影響，如圖3。圖3

9、nacl投加濃度對(duì)鐵炭微電解法去除率的影響fig.3 effect of material dosage on removal rates of codcr and colority由圖3可知 ，電解質(zhì)nacl投加量對(duì)cod去除率由較大影響，隨著nacl濃度的升高，cod去除率也上升，但當(dāng)nacl濃度達(dá)到0.03mol/l時(shí)，繼續(xù)增加nacl的量，處理效果提高不明顯。電解質(zhì)nacl投加量對(duì)甲基橙廢水色度去除率影響不大，基本在75%左右。綜合考慮，設(shè)定優(yōu)化nacl投加濃度為0.03mol/l。2.1.4溫度對(duì)鐵炭微電解法去除率的影響由于升高溫度可加快氧化還原反應(yīng)的速率，且在反應(yīng)初期會(huì)更加明顯，但

10、是由于保持一定的溫度需要保溫等措施，一般的工業(yè)應(yīng)用不予以考慮，均在常溫下進(jìn)行反應(yīng)。2.2.正交試驗(yàn)結(jié)果上述試驗(yàn)結(jié)果表明加入nacl對(duì)處理效果的影響不大，反應(yīng)溫度在室溫即可達(dá)到較好的效果。因此，以ph（a），電解時(shí)間(b)，微電極材料投加量(c)為主要考察因素。根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)每個(gè)因素確定3個(gè)水平，采用l9(33)正交表做正交試驗(yàn)，試驗(yàn)條件及結(jié)果見表1和表2。表1 因素和水平設(shè)計(jì)表tab.1 designs of factors and levels因素a（ph值） b（處理時(shí)間 h）c（電壓 v）d(nacl濃度 mol/l)水平14 130.01水平25240.02水平36350.03表 2

11、鐵炭微電解最佳工藝條件正交表tab.2 results of orthogonal test under optimaloperating condition試驗(yàn)號(hào)abcdcod去除率(%)14130.0152.4724240.0253.7434350.0348.0345140.0348.0355250.0146.1365330.0249.9376150.0251.286230.0348.6796340.0148.67k1154.24151.7151.07147.27k2144.09148.54150.44154.87k3148.54146.63145.36144.73r10.155.075.

12、7110.14由表2可知，各種因素對(duì)cod去除率有不同的影響，影響順序?yàn)椋簆h值電解質(zhì)nacl投加量電壓處理時(shí)間。綜合各因素不同水平的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出電化學(xué)氧化法處理偶氮類甲基橙模擬廢水的優(yōu)化處理?xiàng)l件為：廢水ph值為4，電解質(zhì)nacl投加量為0.03mol/l，電壓為5v，處理時(shí)間為2h。3 結(jié)論本實(shí)驗(yàn)研究了電化學(xué)氧化法處理甲基橙模擬廢水，電極材料為鈦基二氧化鉛陽(yáng)極和圓柱形鐵陰極。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明影響電化學(xué)氧化法處理印染廢水效果的重要因素是廢水ph值、電解質(zhì)nacl投加量、電壓和處理時(shí)間。在優(yōu)化操作條件下（即廢水ph值為4，nacl投加量為0.03mol/l，電壓為5v，處理時(shí)間為2h。）電解處理甲

13、基橙模擬廢水，cod和色度去除率達(dá)到82.31%和75%。但是反應(yīng)器在實(shí)際運(yùn)行過程中，電極的耗損比較嚴(yán)重，鈦基二氧化鉛的使用壽命在200h左右。因此尋求一種腐蝕小、壽命長(zhǎng)的電極或制備工藝，將是推動(dòng)電化學(xué)氧化法在工程中應(yīng)用的關(guān)鍵，對(duì)印染廢水的處理有著重要的意義。參考文獻(xiàn) 1 ki rk d w9shari fi an h9foulkes f r .anodi c oxidari on of ani1i ne f or wasr e war er trear menr j .j app1 e1ecrr oche m91985 915 = 285-292 .2 beck f 9schulz h.cr

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15、 1 857-1 862 .4 francli n t c9darli ngton j .the use of r he oxidari on bari u m per oxi de i n acueous surf acr anr sysr e ms i nr he e1ecrr o1yri c desrr ucri on of or gani c co mpound j . je1ecrr oche m soc 91991 9138 <11 ) = 2 285-2 288 .5 comi mellis c. e1ecrr ocar a1ysi s i n r he e1ecrr oc

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