亚氧化钛电化学阳极氧化降解印染废水研究

发布时间：2017-06-15 09:02

  本文关键词：亚氧化钛电化学阳极氧化降解印染废水研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电化学氧化技术在处理难降解有机废水领域以高效低耗、无二次污染等优点受到广泛关注,而该技术对有机污染物去除率很大程度上取决于阳极材料性质,因此选择合适的阳极材料极其重要,而钛氧化物独特的晶体结构使其具有理想阳极材料的一系列特性如高的导电性、良好的电化学活性好及强耐腐蚀能力。本研究以钛氧化物中导电性最高的亚氧化钛为电极材料,基于电化学氧化原理,设置了双室电化学氧化装置,并以碳布为对照,研究了其对典型偶氮染料亚甲基蓝及实际印染废水的降解效果,以实现对印染废水经济、高效的降解,并为新型电极材料电化学氧化处理印染废水及工业应用发展提供可靠的理论依据。本实验分别对碳布、亚氧化钛电极材料进行了电化学交流阻抗(EIS)、塔菲尔(Tafel)、循环伏安(CV)、计时恒电位及电极加速寿命等一系列电化学测试。其中,EIS结果表明亚氧化钛的导电性与碳布相似,但其电荷转移内阻远小于碳布,且交换电流密度高于碳布两个数量级,有利于物质在电极表面的传输。在CV测试中,亚氧化钛阳极的氧化峰电流高于碳布阳极一个数量级,同时亚氧化钛具有2.5V(vs.SCE)的高析氧电位,即其活性远远大于碳布阳极,此外,从200圈CV扫描结果表明,亚氧化钛具有很高的电化学稳定性,最后,加速电极寿命测试中,经计算得出亚氧化钛在一般工业电流密度下工作寿命为30年,而碳布仅为7年。因此,基于亚氧化钛具有导电性高、电化学活性好、电位窗宽、稳定性好特点,将其应用于电化学氧化处理污染物并预期达到一定的处理效果。考察了碳布、亚氧化钛电化学氧化装置对亚甲基蓝的降解效果,亚氧化钛仅需105 min就可以达到99.6%的高效降解率,而碳布为76.2%,且亚氧化钛电极对亚甲基蓝的矿化率达83.5%,碳布为42.6%,故亚氧化钛对亚甲基蓝的降解主要为矿化作用。探究了亚氧化钛电化学氧化装置的运行参数对亚甲基蓝的降解及矿化效果的影响。表明在电解液pH为3.01,电流密度为1.13 mA/cm2,浓度低于100 mg/L时,均能保证较好的降解率及矿化率、较高的库伦效率和较低的反应能耗。实验进一步考察亚氧化钛对实际印染废水的深度处理效能。结果表明在电流密度为8 mA/cm2下能使出水sCOD达到GB 4287-2012的排放标准,同时具有较高的库伦效率及较低的能耗,即亚氧化钛阳极氧化可实现对实际印染废水的深度处理。根据废水降解过程中氯离子浓度及pH的变化,并结合对sCOD的去除率,分析出该装置对印染废水的降解机制主要为羟基自由基所导致的间接电化学氧化,同时可能存在Cl-/ClO-活性氯中介体的间接电化学氧化。
【关键词】：亚氧化钛阳极 碳布阳极 电化学氧化 亚甲基蓝 印染废水
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X791
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 前言9
• 1.2 染料废水的研究现状9-15
• 1.2.1 染料废水的危害11-12
• 1.2.2 染料废水处理技术的研究现状12-15
• 1.3 电化学氧化技术的研究现状15-19
• 1.3.1 电化学氧化法的基本原理16
• 1.3.2 电化学氧化法降解污染物的研究现状16-17
• 1.3.3 电化学氧化法降解污染物常用电极材料的研究17-19
• 1.4 亚氧化钛电极概述19-22
• 1.4.1 亚氧化钛材料的基本性质19-20
• 1.4.2 亚氧化钛材料的应用及研究进展20-22
• 1.5 课题的研究目的、意义及主要研究内容22-24
• 1.5.1 课题的来源22
• 1.5.2 课题的研究目的及意义22
• 1.5.3 课题的研究内容22-24
• 第2章 实验材料和方法24-31
• 2.1 实验仪器及材料24-25
• 2.1.1 实验材料24
• 2.1.2 实验试剂24-25
• 2.2 实验检测项目与分析方法25-29
• 2.2.1 亚氧化钛阳极材料表征25-26
• 2.2.2 亚氧化钛阳极材料电化学性能测试26-27
• 2.2.3 亚甲基蓝及TOC检测方法27-28
• 2.2.4 印染废水sCOD、DOC检测方法28
• 2.2.5 主要指标计算28-29
• 2.3 实验装置29-31
• 第3章 亚氧化钛电极表征及电化学性能研究31-44
• 3.1 引言31
• 3.2 亚氧化钛电极材料表征31-37
• 3.2.1 亚氧化钛材料形貌分析31-33
• 3.2.2 亚氧化钛材料X射线衍射分析33-34
• 3.2.3 亚氧化钛材料比表面积分析34-37
• 3.3 亚氧化钛电极电化学性能研究37-42
• 3.3.1 亚氧化钛电极导电性37-38
• 3.3.2 亚氧化钛电极活性38-39
• 3.3.3 亚氧化钛电极电位窗39-40
• 3.3.4 亚氧化钛电极稳定性40-41
• 3.3.5 亚氧化钛电极加速寿命41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 亚氧化钛电化学氧化亚甲基蓝及印染废水深度处理效能研究44-65
• 4.1 引言44
• 4.2 碳布、亚氧化钛阳极对亚甲基蓝及TOC的降解效能44-49
• 4.2.1 碳布、亚氧化钛阳极对亚甲基蓝的降解效能44-46
• 4.2.2 碳布、亚氧化钛阳极对TOC的去除效能46-49
• 4.3 亚氧化钛阳极氧化亚甲基蓝关键参数的优化49-59
• 4.3.1 pH值对亚甲基蓝及TOC降解效果的影响49-52
• 4.3.2 电流密度对亚甲基蓝及TOC降解效果的影响52-55
• 4.3.3 初始浓度对亚甲基蓝及TOC降解效果的影响55-59
• 4.4 不同电流密度下亚氧化钛对印染废水深度处理效能研究59-62
• 4.5 亚氧化钛阳极氧化印染废水的降解机理62-64
• 4.6 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-74
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果74-76
• 致谢76

  本文关键词：亚氧化钛电化学阳极氧化降解印染废水研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：451963