三维电极反应器的构建及处理染料废水性能研究

发布时间：2017-09-08 18:31

  本文关键词：三维电极反应器的构建及处理染料废水性能研究

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【摘要】：染料废水具有浓度高、毒性大、可生化性差等特点,属于难治理废水。电化学技术因具有反应速率快、效能高、操作简单和环境友好等优势,可有效处理染料废水。为了进一步提高电化学水处理技术的反应效率、降低能耗,目前开发新型电极材料、构建新型电化学反应器成为电化学研究领域的重要方向之一。本论文旨在制备一种新型的阳极材料和粒子电极材料,并用于构建新型的三维电极体系,以期高效低耗地处理染料废水。本文首先采用溶胶-凝胶-热分解法制备了碳纳米管(CNTs)掺杂改性的Sb-SnO_2/Ti电极,通过刚果红降解实验考察了电极的电催化氧化性能并优化了CNTs掺杂量,借助于SEM、极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)对其微观结构和电化学性能进行了表征,并通过加速寿命实验考察电极的稳定性。然后以剩余污泥和辅料为原料,利用高温烧结技术制备了污泥陶粒作为粒子电极载体,并优化了制备条件。向粒子电极载体上负载Sb-SnO_2制备了负载Sb-SnO_2污泥陶粒粒子电极,借助于SEM和XRD考察了其表面形貌和晶相结构。最后以制备的阳极和粒子电极构建三维电极体系,探究其处理染料废水的效能。结果表明,当CNTs最佳掺杂量为2.0g/L,在相同反应条件下,CNTs改性后电极比改性前电极对刚果红的去除率增加了14.7%;改性后电极的表面相对粗糙且增加了微孔结构,从而提高了电极的比表面积;改性电极具有更高的析氧电位和更小的界面转移阻抗;加速寿命实验表明改性电极的稳定性也得到了提高,使用寿命增加了27h。粒子电极载体最佳制备条件为:蒙脱石含量为30%,污泥含量为70%,预热温度400℃,预热时间30min,烧结温度1100℃,烧结时间为60min。SEM、EDS和XRD研究表明Sb-SnO_2已负载在粒子电极载体上。在所构建的三维电极体系中,当槽电压为15V,电解质Na2SO4浓度为0.1mol/L,反应时间为180min,处理初始浓度为150mg/L的刚果红废水,去除率为99.2%,COD去除率为90%,能耗为49.5k Wh/t,与二维相比刚果红去除率增加了14.3%,COD去除率增加了46.3%,能耗降低了39.8k Wh/t;降解机理为刚果红的共轭体首先被破坏,导致染料废水的去除率升高;然后,苯环与一些生色基团被破坏,会导致染料废水的COD去除率升高。
【关键词】：多壁碳纳米管 改性电极 粒子电极载体 电催化氧化 刚果红
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X788;O646
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题背景及研究意义12
• 1.1.1 课题研究背景12
• 1.1.2 课题研究目的及意义12
• 1.2 电化学技术概述12-15
• 1.2.1 电化学技术与其他技术的比较12-14
• 1.2.2 电化学技术类型及其特点14-15
• 1.2.3 电化学氧化机理15
• 1.3 三维电极体系处理废水的研究进展15-17
• 1.3.1 三维电极体系的定义15-16
• 1.3.2 三维电极体系处理废水的基本原理16
• 1.3.3 三维电极体系在水处理中的研究进展16-17
• 1.4 电极制备的研究进展17-18
• 1.4.1 DSA制备的研究进展17
• 1.4.2 粒子电极制备的研究进展17-18
• 1.5 本论文研究的主要内容18-19
• 第2章 实验材料与研究方法19-27
• 2.1 实验仪器与试剂19-20
• 2.1.1 实验仪器19
• 2.1.2 实验试剂19-20
• 2.2 实验方法20-22
• 2.2.1 CNTs改性Sb-SnO_2/Ti电极的制备20-21
• 2.2.2 负载Sb-SnO_2污泥陶粒粒子电极的制备21
• 2.2.3 三维电极体系电催化氧化处理染料废水21-22
• 2.3 实验装置22-23
• 2.4 分析测试23-26
• 2.4.1 基本的分析方法23-25
• 2.4.2 电极的表征方法25-26
• 2.4.3 红外光谱分析26
• 2.4.4 紫外-可见光谱分析26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 CNTs改性Sb-SnO_2/Ti电极的表征及性能测试27-32
• 3.1 碳纳米管的化学修饰及红外光谱分析27
• 3.2 CNTs改性Sb-SnO_2/Ti电极的电催化氧化性能分析27-28
• 3.3 CNTs改性Sb-SnO_2/Ti电极SEM分析28-29
• 3.4 CNTs改性Sb-SnO_2/Ti电极电化学性能分析29-31
• 3.4.1 极化曲线分析29
• 3.4.2 交流阻抗分析29-30
• 3.4.3 电极稳定性分析30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第4章 负载Sb-SnO_2污泥陶粒粒子电极的制备及性能32-42
• 4.1 剩余污泥陶粒粒子电极载体的制备32-38
• 4.1.1 预热时间和预热温度32
• 4.1.2 辅料种类的影响32-33
• 4.1.3 辅料含量的影响33-35
• 4.1.4 烧结温度的影响35-36
• 4.1.5 烧结时间的影响36-38
• 4.2 负载Sb-SnO_2污泥陶粒粒子电极的制备与表征38-41
• 4.2.1 负载Sb-SnO_2污泥陶粒粒子电极的制备38
• 4.2.2 SEM及EDS分析38-40
• 4.2.3 XRD分析40
• 4.2.4 负载Sb-SnO_2污泥陶粒粒子电极的电催化氧化性能分析40-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第5章 三维电极体系处理染料废水性能研究42-52
• 5.1 三维电极体系处理染料废水的影响因素分析42-48
• 5.1.1 槽电压的影响42-44
• 5.1.2 反应时间的影响44-45
• 5.1.3 电解质浓度的影响45-47
• 5.1.4 刚果红初始浓度的影响47-48
• 5.2 三维电极体系与二维电极体系处理染料废水性能对比48-49
• 5.3 三维电极体系降解刚果红的机理探索49-50
• 5.4 本章小结50-52
• 结论52-53
• 参考文献53-58
• 攻读学位期间发表的学术论文58-59
• 致谢59

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本文编号：815634