不同浓度三价铬在多种盐体系中的电沉积行为研究

发布时间：2017-08-21 18:29

  本文关键词：不同浓度三价铬在多种盐体系中的电沉积行为研究

  更多相关文章： 三价铬电沉积 pH 电流密度 析氢反应 铬鞣废水

【摘要】：含铬废水与含铬污泥的处理一直是重金属污染防治的重点问题,目前针对此类污染物的处理方式多种多样,各有优劣。利用三价铬的电沉积原理可以在不同浓度多种铬盐体系废水中获得金属铬的沉积层。首先,通过正交实验,在氯化铬体系中,三价铬浓度为20g·L-1时,分别研究了在不同电流密度(60,120,.180,240 A·dm-2)和电沉积溶液pH值(pHl.2,1.6,2.2,2.8)对金属铬沉积层的影响,结果表明在pH2.8,电流密度为60 A·dm之的条件下能耗较低,获得的沉积层致密性好,且沉积层较厚。较低的电流密度下有利于三价铬的电沉积。利用电化学工作站研究分析了钛电极在三价铬溶液中的极化行为。在相同的pH下,随着溶液中三价铬浓度的降低,发现在整个反应过程中,参与反应的三价铬浓度降低,反应在极化曲线上是在相同的电势下产生的电流有着逐渐降低的趋势。三价铬浓度为20,10,8g·L-1,在溶液的pH值为1.5、2.5,电流密度分别为60,40,20 A·dm-2的条件下于氯化铬体系与硫酸铬体系中均能获得铬的沉积层。当三价铬浓度处于较高范围时,随着铬浓度降低,生成铬的球形颗粒越小；高三价铬浓度下,生成的瘤状颗粒普遍较大且沉积层较厚。当三价铬的浓度降低时生成的颗粒较小,但较为密集。通过能谱与X射线光电子能谱检测后发现沉积层中的主要物质为零价铬。三价铬浓度为4g·L-1,2g·L-1时,在溶液的pH值为1.5、2.5和电流密度为40,20 A·dm-2的条件下,氯化铬体系中获得的铬的沉积层具有明显的不规则性,且沉积物具有分层现象,靠近底层的沉积物氧元素较表层沉积物低。该沉积层是由于反应过程中溶液的pH急剧升高生成大量的铬的羟基聚合物吸附于极板上所致。在硫酸铬体系中获得的沉积层呈金属光泽,沉积物多为大小形态趋于均匀的铬的瘤状颗粒物。降低电流密度至20 A·dm-2时发现钛电极表面沉积物大多为纳米级别铬的颗粒物,且氯化铬体系中沉积量较少,硫酸铬体系中沉积量较多。通过能谱与X射线光电子能谱检测后发现氯化铬体系中沉积层中铬的主要形态为三价铬,多为铬的羟基聚合为,Cr203等在硫酸铬体系中沉积层中的铬多以零价形式存在。当三价铬浓度为1g·L-1时,改变电流密度与溶液pH,在氯化铬与硫酸铬体系中均难以获得铬的沉积层。通过对电沉积过程中析氢反应与三价铬沉积的竞争关系研究发现在氯化铬体系中,当三价铬浓度维持在较高的范围内即8g·L-1到20g·L-1时,pH值的变化较小,较高的三价铬浓度可以使电极表面吸附更多的三价铬从而抑制阴极表面的析氢反应。当浓度较低时,pH值的变化较大,溶液中析氢反应强烈,容易生成三价铬的羟基聚合物。当溶液中的三价铬浓度升高时电沉积铬的电流效率也相应提高,是由于在反应过程中有更多的三价铬与氢离子争夺电子,所以有更多的三价铬生成金属铬。当溶液中三价铬的浓度小于4g·L-1时铬沉积的效率较低,溶液中的主要反应为析氢反应。在较低的pH值下,三价铬的溶液中更易发生析氢反应,不利于三价铬的电沉积。在以铬粉作为铬源配制的三价铬溶液中进行电沉积实验发现,甲酸钠与铬形成的络合物更容易在J=20 A·dm-2、pH值为2.5的条件下可以获得满意的沉积层,并且在电沉积过程中随着极板间距的增大沉积量相应增加。在实际废水中进行电沉积实验后也可获得以铬元素为主要组分的沉积层。并且在搅拌与加入抑氢剂时均可以减小pH值的变化。
【关键词】：三价铬电沉积 pH 电流密度 析氢反应 铬鞣废水
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 重金属的危害及回收现状11-13
• 1.1.1 重金属对环境的危害11
• 1.1.2 重金属的回收现状11-13
• 1.2 含铬废水及含铬污泥的危害与处置现状13-15
• 1.3 铬沉积原理及研究现状15-20
• 1.3.1 金属电沉积的原理及研究现状15-17
• 1.3.2 铬沉积的原理17-18
• 1.3.3 三价铬电沉积研究现状18-20
• 1.4 存在问题20-21
• 1.5 选题的意义与研究内容21-23
• 1.5.1 选题的意义21
• 1.5.2 研究内容21-23
• 2 实验材料与方法23-28
• 2.1 实验材料23-24
• 2.2 实验方法24-28
• 2.2.1 不同实验条件探索24-25
• 2.2.2 研究方法25-28
• 3 结果与讨论28-59
• 3.1 不同浓度氯化铬与硫酸铬体系的电沉积28-51
• 3.1.1 实验pH值与电流密度的确定28-33
• 3.1.2 电化学分析33-36
• 3.1.3 不同浓度氯化铬与硫酸铬体系的沉积层36-49
• 3.1.4 三价铬与氢离子的竞争关系分析49-51
• 3.2 铬粉溶液及复鞣含铬水中的电沉积51-59
• 3.2.1 铬粉溶液中的电沉积51-55
• 3.2.2 实际废水中的电沉积55-59
• 4 结论与展望59-62
• 4.1 结论59-61
• 4.1.1 不同浓度对三价铬电沉积的影响59
• 4.1.2 不同盐体系对铬沉积的影响59-60
• 4.1.3 铬粉溶液及复鞣含铬水中的电沉积结论60-61
• 4.2 创新点61
• 4.3 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录70-71

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本文编号：714443