模拟放射性废机油的电化学高级氧化处理研究

发布时间：2020-10-31 10:56

　　 随着工业化进程的加快,我国核燃料加工厂、核工业科研院所以及在运核电站等在运行过程中不可避免的产生放射性废机油。由于其具有放射活性、抗氧化、可生化性差等特点而未能得到妥善的处理,只能暂存于相关储存设施中。电化学高级氧化处理技术由于其催化降解活性高、易于自动化并且无二次污染而呈现出巨大的潜力。本论文拟以实验室自制的硼掺杂金刚石薄膜(BDD)为阳极,开展模拟放射性废机油(液压油)的电化学氧化处理研究,该研究有望为放射性废机油的处理提供一种新思路。考虑到液压油与水完全不互溶,在电化学氧化过程中其完全不与BDD电极以及表面产生的氧化剂接触,从而难以被氧化。因此,本论文首先系统地开展了液压油的乳化预处理研究,以期获得稳定的液压油乳浊液,实现液压油和水的完全互溶;其次,开展BDD电极电化学氧化处理液压油乳浊液的研究,观察和分析电解过程中液压油乳浊液的物理状态变化以及其化学需氧量(COD)的变化。同时,考虑到液压油具有极高的耐氧化性,在如此恶劣的氧化环境下,电极材料的寿命也是本论文需要关注的问题,在本论文中,我们也研究了BDD电极在电化学氧化过程中的微观结构演变行为,这将对我们发展高质量长寿命BDD电极具有重要的意义。通过系列研究,本论文的主要研究结果为:(1)在采用单一的乳化剂对液压油乳化的过程中,非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)的乳化效果明显优于其他类型乳化剂,能乳化液压油得到均匀稳定的乳浊液;使用BDD电极对单一的AEO乳化剂乳化后的液压油乳浊液进行电化学氧化电解,在电解30小时过程中电解液COD值并非呈直线下降,而是由初始的712,800mg/L在电解20小时后增加至1,064,500 mg/L后再降低至916,000 mg/L,这表明随着电解的进行,电解液中能被测的还原性物质的量先不断增加随后又有所减少。但在电解过程中AEO乳化剂先于液压油被氧化降解,导致电解乳浊液发生破乳,表明单一乳化剂乳化后的电解液在电解过程中的稳定性不理想。(2)在BDD电极电化学氧化电解阴离子型乳化剂十二烷基磺酸钠和非离子型乳化剂油醇聚氧乙烯醚互配乳化后的液压油乳浊液过程中,在磁力搅拌条件下液压油乳浊液的COD值先是随着电解时间的增加而小幅增加,乳浊液的COD值经过30小时的电解由初始的276,000 mg/L增加至284,000 mg/L,随后随电解时间的增加而快速下降,电解117小时后COD值下降至115,800 mg/L,相对于初始乳浊液而言,经BDD电极电化学氧化处理共移除的COD值约160,000 mg/L,且加入的互配乳化剂(十二烷基磺酸钠和油醇聚氧乙烯醚)的理论COD值仅为69,000 mg/L,表明实验移除的有机物COD值明显大于纯乳化剂的COD值,可知实验过程中有少部分液压油被电化学氧化降解,同时表明互配后乳化剂的乳化效果明显优于单一的乳化剂。在超声条件下进行电解实验,电解液的COD值也呈先小幅增长而后快速下降的变化趋势,且在电解相近的时间内,磁力搅拌条件较超声条件下能电解氧化掉更多的液压油。此外,磁力搅拌电解过程中间断式定量加入互配乳化剂后电解液的COD值变化趋势仍呈先小幅增长后下降的变化趋势,但遗憾的是电解液在电解过程中依然破乳,未能将液压油完全的氧化降解掉。(3)BDD电极随着电化学氧化时间的延长金刚石晶粒从不规则八面体演变为平面台状结构,表明存在强烈的(111)面刻蚀;同时膜厚逐渐变薄,电解240小时后膜厚减小了约1.55μm,晶粒尺寸逐渐减小,表面粗糙度也从80 nm下降到23 nm;X射线衍射和Raman光谱表征BDD电极的物相和化学键状态并未明显改变,与之对应的是,BDD电极仍然保持了较高的电化学反应活性和较好的稳定性。
【学位单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O646;X771
【部分图文】：

图 2-1 15 kW 微波等离子体化学气相沉积设备igure 2-1 15 kW microwave plasma chemical vapor deposition equipm化学电解实验装置将瑞士 Water Diam 公司的商业电解槽按照 1:1 比例缩小、蠕动泵和储液桶相连，构成循环处理系统。该电解槽是英寸硼掺杂金刚石薄膜作阳极，相同大小的不锈钢作阴极7 mm，每块 BDD 薄膜的工作面积均约为 20 cm2。电极间距可选择为 1 mm 或 2 mm，但电极间距的缩小有助于减过程中，根据实验要求还可再增加超声装置，如图 2-1(a)1(b)所示。

3 BDD 电极电化学氧化单一乳化剂乳化的液压油乳浊液乳化层体积（h）即乳化层占溶液总体积（H）的百分比来则表明乳化效果越好，乳状液常温稳定性越高[97]。出了乳化液经 3000 r/min 离心处理 20 分钟后相对乳化层体之间的关系，可以看出，随着油水体积比的逐渐增加，即，水相的体积减少，乳状液相对乳化层体积也在明显下降70 %左右下降至油水体积比为 4:1 的 24 %左右；且当油水层体积急剧下降，表明在此情况下，液压油难以在磁力搅散液中明显可见细微油珠。同时，考虑到放射性废物处理结合上述初乳化实验的规律来看，我们初步确定后续乳化

图 3-2 经离心处理后的液压油乳浊液：（a）阴离子型表面活性剂；（b）阳离子型表面活性剂；（c）非离子型表面活性剂 OP 乳化剂；（d）非离子型表面活性剂 AEO 乳化剂ig 3-2 Emulsion of hydraulic oil after the centrifugation treatment: (a)Anionic surfactant; (b) Cationsurfactant; (c) Nonionic surfactant (OP); (d) Nonionic surfactant (AEO)图 3-3 不同含量下不同乳化剂种类的液压油乳浊液的相对乳化层体积比（%）
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本文编号：2863855