对于含酚废水运用电解催化氧化法处理研究

2022-11-15

对于工业的生产来说, 酚类的化合物是其中一种非常重要的工业原料, 它的主要用途为生产树脂、农药、燃料、医药、油漆以及消毒液等等的行业中。随着我国合成纤维、石油化工等工业的迅速发展, 含酚废水的数量以及种类在日益的增长中, 而酚类的化合物是原型质毒物, 对于生活中所有的个体都有非常严重的毒害的作用, 在一定程度上会使人体的神经系统以及呼吸系统产生非常大的伤害。

一、电解催化氧化技术

从我国当前的高级氧化技术看来, 它的种类非常的多。而电解催化氧化技术是其中的一种形式。它是由电催化氧气体系中所产生的羟基自由基。在电解催化氧化技术中, 它的设备操作比较的简单, 工程的投资以及运行的费用相对来说也比较低等等, 所以在很大的程度上的得到了广泛的应用。在1950年代的晚期, 在处理含酚废水时使用二维电极处理的技术得到了快速的发展, 不仅在电极开发的方面比较的活跃, 而且还在电解槽的设计当中相对来说也比较的活跃。但是电化学的反应是一种在电极表面所发生的非均相反应, 若要向参与反应, 其反应物必须得到达界面才可以满足要求, 而这种技术在二维电极电解槽中实现不了, 所以之后又提出了三维电极的概念, 因为它的电极表面积的增加, 所以它的反应速度相对二维电极的速度来说是非常的快。

二、进行实验

在电催化的作用下, 酚首先要形成的是邻苯二酚, 之后再形成苯醌, 最后在进行氧化之后再生成二氧化碳和水。在此次实验当中, 所需要的设备装置有:电催化反应器、直流电源等等, 反应器的阴极和阳极都是自制的Ti/Sn O2电极。通过此次实验对酚废水的处理效果进行考察研究, 从中探索到最佳的电流、极板间距以及p H等等的条件。其中电催化处理废水的装置如图一所示:

1-Ti/Sn O2电极;2-电极上支架;3-电击接线柱;4-Ti/Sn O2电极;5-直流电源;6-电极下支架

(一) 实验所需的材料及实验方法

1.材料、试剂以及仪器

水样:在去离子水中将酚溶于其中, 将其进行配置, 配置的酚废水的质量浓度为100mg/L。

试剂:硝酸、草酸、硝酸镍、柠檬酸、硝酸铜、乙二醇、对二氧苯、硝酸铋、结晶四氯化锡、酚、硫酸、氢氧化钠、碳酸氢钠等等。

仪器:78-1型磁力加热搅拌器, EVO-18型扫描电镜, SKX10020D型直流稳压电源, HH-6型数显恒温水浴锅, K5型可见分光光度计, DMAXIIIA型X射线衍射仪。

2.制备电极

首先, 对钛片用砂纸进行打磨抛光, 使其表面的氧化膜去除, 从而使它的表面变得粗糙化, 然后将其放在质量分数是40%的Na OH溶液中进行除油, 时间大约在30分钟左右, 然后将体积的比值为1:1的H2SO4和HNO3混合溶液放入到其中来进行酸洗, 最后使用蒸馏水来对其进行清洗。将处理果的钛片浸泡在质量分数是15%的草酸溶液中, 而才算溶液的温度大约在80℃左右, 要对其浸泡3个小时, 使其能够更好的出去表面的氧化膜, 能够使其变成具有均匀麻面的钛基体, 使其能够更好使涂层氧化物和集体之间的结合力在一定的程度上得以增加。用蒸馏水洗净处理的钛片之后将其放在无水乙醇当中, 可以有效的避免使致密的氧化膜再一次的生成。

使用聚合前驱体法, 在搅拌下使柠檬酸和乙二醇产生反应生成乙二醇柠檬酸酯, 将适量的结晶四氯化锡加入到其中, 将其的温度升高到90℃, 这样能够很好的促进螯合与凝脂化。最后, 在预处理后的钛板上均匀的提上涂层溶液, 将其放于130℃的烘箱中10分钟, 之后将其在放到有氮气保护的600℃的马弗炉烧至十分钟, 最后去除将其放置到冷却, 以上的步骤要重复三遍来进行, 而最后一次在马弗炉里烧至一个小时, 之后拿出来将其放置冷却。

3.分析的方法

使用扫描电子显微镜对Ti/Sn O2电极的表面进行观察, 使用X射线衍射仪分析它的结构, 使用4-氨基安替比林分光光度法测定酚浓度, 使用电子自旋捕集法来对羟基自由基的浓度进行测试。

4.实验的方法

将酚废水的温度保证在25℃左右, 在电催化反应器当中导入3.5L的酚废水, 以此来对酚废水的参数进行良好的研究。

A) 种类不同的电解质对处理效果所产生的影响:分别以Na Cl和Na2SO4作为电解质, 它的浓度为0.05mol/L, 所输出的直流电的电流为6A, 酚废水开始的p H值为4, 极板之间的间距为14毫米, 测量水酚的浓度, 这要每隔10分钟就要取样检测一次。

B) 电流的密度对处理的效果产生的影响:电流的密度分别设置为0.02、0.06、0.10、0.14A/cm2, 而直流电源输出的电流分别是1.2、3.6、6.0、8.4 A, 酚废水开始的p H值为4, 极板之间的间距为14毫米, 测量水酚的浓度, 这要每隔10分钟就要取样检测一次。

C) 极板的间距对处理效果产生的影响:将阴阳极板的间距分别调整为8毫米、12毫米、14毫米以及20毫米, 将直流电源所输出的电流设置为6A, 极板之间的间距为14毫米, 测量水酚的浓度, 这要每隔10分钟就要取样检测一次。

D) 最初的p H值对处理效果产生的影响:最开始将酚废水的p H值分别设置为2、4、6、8, 将直流电源所输出的电流设置为6A, 极板之间的间距为14毫米, 测量水酚的浓度, 这要每隔10分钟就要取样检测一次。

(二) 实验的结果与讨论

1.电极的表面的形貌的分析

在放大500倍的情况下使用扫描电子显微镜来对Ti/Sn O2电极的表面进行观察。其结果为:涂层没有出现任何的裂缝现象, 对钛基体起到了很好的覆盖作用;电极表面的涂层具有凹凸不平的现象, 呈现的形态是蜂窝状, 这种表面能使电极表面的活性涂层产生更大的比表面积。

2.电极X射线衍射仪的分析

电极衍射峰的位置和四方形金红石型Sn O2晶体结构的标准卡的数据基本一致, 并没有检测到Ti的衍射峰, 这就说明涂层的微粒对电极表面已经完全覆盖了。这说明在电催化的过程中不会有氧渗透到钛基体。如图二所示:

3.电解质对处理的效果产生的影响

之前分别以Na Cl和Na2SO4作为电解质, 它的浓度为0.05mol/L, 在这种条件之下, 对电解质的种类对酚降解效果的影响进行了研究, 如图三所示:

从图三中可以看出, 电解质分别为Na Cl和Na2SO4的时候, 电解60分钟之后苯酚迅速的下降, 在相同的时间段中, Na Cl的电解质出水的酚相对来说较低。这样可以说明它可以产生·Cl O、Cl O2的副产物, 因而来提高氧化的效率。

在Na2SO4作为电解质的情况下, 对羟基自由基浓度在0、5、10、15、20、30分钟的时候进行测试。使用ESR的方法, 利用电子捕获剂与羟基自由基作用来生成自旋加和物自由基, 那么ESR谱图在3 460、3 475、3 490、3 505的地方会出现四重峰, 左右两边的重峰会比中间两重峰低, 它的强度比值是1:2:2:1。

4.电流的密度对处理效果产生的影响

电流密度不相同的情况下出水苯的变化如图四所示:

从图四中可以得出, 在电解时间相同的情况下, 苯酚的氧化速率会随着电流密度的增加而增加, 电流的密度对酚的去除效果有着非常大的影响。

5.极板间距对处理效果产生的影响

如图五所示:

在电解时间相同的情况下, 极板的间距在14毫米时苯酚最低, 在极板的间距大于或者是小于这个间距的时候, 出水的苯酚就会升高。

(三) 结论

1.使用聚合前驱的方法制备自制电极, 根据扫描电子显微镜X射线衍射仪的分析可以了解钛基体能够完全被涂层覆盖, 可以保证电极的使用寿命。

2.当直流电流为6A, 极板之间的间距是14毫米, 电解的时间是50分钟的时候, 出水的酚相当于0, 它的去除率快要达到100%。

摘要：在工业的废水中, 含酚的废水是其中的一种, 它主要指的是在炼油、炼焦、造纸、陶瓷、塑料、农药等等工业所产生的酚类的有机污染物的废水, 它的数量非常的庞大, 来源相对来说一比较的广阔, 产生的危害也比较多。使用电解催化氧化的方法来对水中的酚类化合物进行降解, 其中包括了电解反应、催化氧化反应以及使用催化氧化反应后的废水内循环所进行的电解反应等等的过程。

关键词：含酚废水,电解催化氧化法,处理