含氯盐废水中染料电化学氧化降解历程研究

发布时间：2017-10-08 01:30

  本文关键词：含氯盐废水中染料电化学氧化降解历程研究

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【摘要】：目前,染料种类众多,且每年废水产生量超过7×105吨,其高有机物含量、高盐度、高色度、难降解、高毒性及致畸性使染料废水成为我国难以治理的工业废水之一。传统的物化方法不能将染料废水有效降解,其高盐度、高毒性也制约着生物方法的应用,所以研究能利用其高含量盐的环境友好型电化学氧化法成为处理染料废水的一个重要课题。探索染料分子电化学氧化法的降解产物及历程对于处理染料废水具有重要的理论和实践意义。本研究针对含氯盐废水中偶氮类染料和蒽醌类染料电化学氧化处理中存在的降解效率问题。选取偶氮类染料甲基橙、酸性大红3R、直接深棕和蒽醌类染料活性艳蓝X-BR为研究对象,以镀有uO2-IrO2-SnO2的尺寸稳定型阳极(dimensionally stable anode, DSA)为阳极电极材料,采用电化学氧化法研究了单一或混合染料的降解历程。探讨了电流密度、pH、极板间距等控制参数对电化学氧化法降解效果的影响,并对电极板的表面特征和电化学氧化行为进行了表征,采用紫外-可见(ultraviolet-visible, UV-Vis)分光光度法、傅里叶红外(Fourier Transform Infrared, FTIR)分光光度法、三维荧光光谱法(three-dimension excitation emission matrix fluorescence spectroscopy,3DEEM)、液相色谱-质谱(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)联用等技术对电化学氧化降解的产物进行了定性分析,得出以下结论：电流密度对染料电化学氧化的降解效果影响较大。电流密度不同,可能导致电解产生的中间产物不同,选取甲基橙和酸性大红3R的最佳电流分别为50mA/cm2和 25mA/cm2;初始溶液pH值和极板间距对染料电化学氧化的降解效果影响相对较小,确定最佳极板间距为2cm；特制DSA电极表面平整,晶体牢固,有很好的负载性、稳定性及析氯选择特性,DSA电极在四种染料中以阳极析氯反应为主,而在甲基橙中同时存在直接氧化和间接析氯氧化。确定较优工艺参数后,对单一染料进行电化学氧化降解,并分析pH值、色度去除率、化学需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD)及总有机碳(Total Organic Carbon, TOC)等指标的变化机理及规律。三种偶氮染料的pH值在反应前期变化较大,最后pH值均在8左右,蒽醌类染料活性艳蓝X-BR pH值在3左右,变化幅度很小而且缓慢。pH值会影响活性氯存在状态,活性氯物质“HClO”和“ClO-”比“Cl2”在含氯盐废水电化学氧化时更具催化活性,进而获得更高COD及TOC去除率；电化学氧化对染料的色度去除效果很好,染料结构越简单,发色基团越容易被破坏,蒽醌类结构比苯环共轭体系结构更稳定；低分子有机酸的加入与难降解有机物形成协同作用,促进难降解组分的去除,排除了草酸等低分子降解产物导致染料电化学氧化反应终止的可能。最后,分析了不同结构偶氮染料和蒽醌染料的反应机理和降解产物,并总结了其降解规律。UV-Vis图谱表明染料最大特征吸收峰随反应时间逐渐降低直至消失,并出现新的特征峰,表明有新的降解产物生成。从IR图谱、3DEEM图谱和MS图谱中进一步证明染料分子结构中的不饱和键发生改变,从而达到了脱色的目的；三种偶氮染料在反应开始时,没有荧光特征峰,是因为偶氮键吸收了荧光测定时的电子能量,但降解产物的荧光位置在反应180min后基本保持不变,三者共有的荧光峰位置(EX/EM:320-340nm/380-430nm)属于可见类富里酸区,表明降解产物稳定化程度高,活性艳蓝X-BR在反应中没有出现荧光峰；电化学氧化会破坏偶氮染料的-N=N-和蒽醌染料的-C=N-C=,同时Cl-的存在会抑制苯环的开环,萘环和蒽醌结构不易被电化学氧化破坏。降解产物为具有稳定结构的中间产物,但没有检测到氯代产物,中间产物的鉴定和Cl-存在导致抑制的原因仍是难点。
【关键词】：含氯废水 染料 电化学氧化 降解历程
【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11-22
• 1.1 电极材料及有机物电化学氧化机理机制的研究12-16
• 1.1.1 电极材料的研究进展12-13
• 1.1.2 有机污染物电化学氧化的机理机制13-16
• 1.2 染料废水电化学氧化研究进展16-18
• 1.2.1 染料废水的来源、特点及危害16
• 1.2.2 染料废水的处理研究现状16
• 1.2.3 电化学氧化处理染料废水研究进展16-18
• 1.2.4 染料降解历程研究进展18
• 1.3 本论文的研究意义、内容及创新点18-22
• 1.3.1 研究意义18-19
• 1.3.2 研究内容19-21
• 1.3.3 技术路线21
• 1.3.4 创新点21-22
• 2 染料废水电化学氧化法的控制参数及极板性能研究22-35
• 2.1 实验材料与方法22-25
• 2.1.1 控制参数对电化学氧化染料的影响实验22-24
• 2.1.2 染料电化学氧化机理与极板性能实验24-25
• 2.2 实验结果与讨论25-34
• 2.2.1 电流密度对染料电化学氧化的影响25-30
• 2.2.2 初始溶液pH值对染料电化学氧化的影响30-31
• 2.2.3 极板间距对染料电化学氧化的影响31
• 2.2.4 不同染料废水对极板极化曲线的影响31-32
• 2.2.5 极板在电解前后的SEM及EDS分析32-34
• 2.3 本章小结34-35
• 3 电氧化几种典型染料的降解效果研究35-46
• 3.1 实验材料及方法35-36
• 3.1.1 电化学氧化单一染料的降解效果实验35
• 3.1.2 不同比例的草酸与染料的混合溶液电解效果实验35-36
• 3.2 实验结果与讨论36-44
• 3.2.1 单一染料废水电解过程中的pH变化36-37
• 3.2.2 单一染料废水电解过程中的色度变化37-38
• 3.2.3 单一染料废水电解过程中COD和TOC的变化38-39
• 3.2.4 不同比例的草酸与染料的混合溶液电解效果分析39-44
• 3.3 本章小结44-46
• 4 电氧化几种典型染料的降解历程分析46-71
• 4.1 实验材料及方法46-49
• 4.1.1 实验中所用主要仪器46
• 4.1.2 实验方法46-49
• 4.2 电化学氧化染料降解历程分析49-69
• 4.2.1 甲基橙降解历程分析49-54
• 4.2.2 酸性大红3R降解历程分析54-60
• 4.2.3 直接深棕降解历程分析60-65
• 4.2.4 活性艳蓝X-BR降解历程分析65-69
• 4.3 本章小结69-71
• 5 结论与展望71-73
• 5.1 结论71-72
• 5.2 展望72-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-82
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文82-83

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本文编号：991256