改性活性炭作粒子电极处理亚甲基蓝的研究
本文选题:活性炭楩粒 切入点:粒子电极 出处:《武汉大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:三维电极法作为一种新型的污水处理技术,具有电流效率高、传质距离短、二次污染小等优点,在处理以染料废水为代表的难生物降解废水方面具有极大的研究意义。本研究以颗粒活性炭(GAC)为载体,采用浸渍法制备了多种负载型粒子电极,负载的活性组分为单一金属氧化物或复合金属氧化物。研究了不同粒子电极对亚甲基蓝溶液的脱色情况,得出Mn-Co-Ce/GAC粒子电极的电催化氧化活性最高。对比了三维电极法和二维电极法对亚甲基蓝溶液的处理效果,得出三维电极对亚甲基蓝的脱色率和COD去除率分别为94.31%和65.11%,二维电极对应的效率分别为58.52%和23.15%。研究了曝气条件对电催化氧化反应的影响,结果表明曝气为三维电极体系提供了充足的O2,显著提高了对亚甲基蓝溶液的处理效果。通过添加叔丁醇的方式,证明了 ·OH在亚甲基蓝溶液的降解过程起到了重要的作用。研究了 Mn-Co-Ce/GAC粒子电极在不同工艺条件下(反应时间、极板间距、外加电压、辅助电解质浓度等)对亚甲基蓝溶液降解效果的影响。通过单因素实验得出:在反应时间为90 min,槽电压为20 V,辅助电解质Na2SO4浓度为0.15 mol·L-1,极板间距为4cm的条件下,Mn-Co-Ce/GA(粒子电极对亚甲基蓝有较好的处理效果。系统连续运行30次以上,仍有将近80%的脱色率和50%的COD去除率,说明该粒子电极具有一定的稳定性。对粒子电极进行再生,发现其对亚甲基蓝溶液降解效果有明显恢复,脱色率和COD去除率分别可达到92.33%和58.96%。通过紫外-可见吸收光谱分析和液相色谱-质谱联用分析发现亚甲基蓝在降解过程中先是发生N、S杂环的开链反应,然后生成了苯的取代物或者是小分子有机物,进一步表明了 Mn-Co-Ce/GAC对亚甲基蓝溶液有着很好的处理效果。亚甲基蓝溶液的BOD5/CODcr由0.12提高到0.58,说明经三维电极法处理后其可生化性大大提高。对亚甲基蓝溶液的脱色反应进行动力学分析得出其符合一级反应动力学,说明以Mn-Co-Ce/GAC粒子电极处理亚甲基蓝溶液在较短的时间内即可达到较好的脱色效果。对反应器的能耗进行分析,得出三维电极在能耗方面远远小于二维电极,同时得出处理高浓度有机废水更有利于节省能耗。
[Abstract]:As a new sewage treatment technology, three dimensional electrode method has the advantages of high current efficiency, short mass transfer distance, small secondary pollution and so on. It is of great significance to study the treatment of refractory wastewater, which is represented by dye wastewater. In this study, a variety of loaded particle electrodes were prepared by impregnation with granular activated carbon (GAC) as the carrier. The supported active components are single metal oxide or composite metal oxide. The decolorization of methylene blue solution by different particle electrodes has been studied. The electrocatalytic oxidation activity of Mn-Co-Ce/GAC particle electrode was the highest. The treatment effect of three dimensional electrode method and two dimensional electrode method on methylene blue solution was compared. The results show that the decolorization efficiency and COD removal rate of the three dimensional electrode are 94.31% and 65.11, respectively, and the corresponding efficiency of the two-dimensional electrode are 58.52% and 23.15.The effect of aeration conditions on the electrocatalytic oxidation reaction is studied. The results showed that aeration provided sufficient O _ 2 for the three-dimensional electrode system, and significantly improved the treatment efficiency of methylene blue solution. It is proved that 路OH plays an important role in the degradation process of methylene blue solution. The reaction time, plate spacing, applied voltage and reaction time of Mn-Co-Ce/GAC particle electrode are studied. Under the conditions of 90 min reaction time, 20 V cell voltage, 0.15 mol 路L -1 auxiliary electrolyte Na2SO4 concentration, and 4 cm distance between the electrodes, the results showed that: Mn-Co-Ce- / GA _ (1) was obtained by the single factor experiment under the conditions of 90 min, 20 V, 0.15 mol 路L ~ (-1), and 4 cm distance between the electrodes. The particle electrode has good treatment effect on methylene blue. The system runs more than 30 times. There are still nearly 80% decolorization rates and 50% COD removal rates, which indicates that the particle electrode has certain stability. The regeneration of the particle electrode shows that the degradation effect of methylene blue solution is obviously restored. The decolorization rate and the COD removal efficiency can reach 92.33% and 58.96 respectively. By UV-Vis absorption spectrum analysis and liquid chromatography-mass spectrometry analysis, it was found that the open chain reaction of Nu S heterocycles occurred in the degradation process of methylene blue. And then they produce substituted benzene or small molecules of organic matter, It is further indicated that Mn-Co-Ce/GAC has a good treatment effect on methylene blue solution. The BOD5/CODcr of methylene blue solution is increased from 0.12 to 0.58, which indicates that the biodegradability of methylene blue solution is greatly improved after three dimensional electrode treatment, and the decolorization of methylene blue solution is greatly improved. The kinetic analysis of the reaction shows that it accords with the first-order reaction kinetics. The results show that the treatment of methylene blue solution with Mn-Co-Ce/GAC particle electrode can achieve better decolorization effect in a short time. The energy consumption of the reactor is analyzed and the results show that the energy consumption of the three-dimensional electrode is much smaller than that of the two-dimensional electrode. At the same time, the treatment of high concentration organic wastewater is more beneficial to save energy consumption.
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X791
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,本文编号:1587656
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