钛基形稳电极的制备及电化学氧化苯胺废水性能与机理
发布时间：2020-12-08 13:18
印染、制革、制药等行业排放的苯胺废水中COD和无机盐浓度较高且具有生物毒性,传统的生物法处理难度较大,而电化学法处理难降解有机废水具有很大优势,已受到广泛关注。电化学法处理难降解有机废水的关键是具有电化学催化氧化能力的形稳阳极（DSA）,尽管目前已有许多类型的DSA电极可通过直接氧化或催化Cl-产生的有效氯氧化水中难降解有机物,但普遍存在析氧电位低、直接氧化能力弱、涂层材料稳定性不强等问题。本研究在不同条件下探讨传统Ti/RuO2电化学氧化苯胺废水的性能及机理的基础上,掺杂Sn或Ir制备改性多元金属DSA电极,通过LSV、SEM和XRD分析其催化氧化能力、表面形貌及稳定性,在不同电解质和电流密度下研究苯胺的电化学降解行为与机理,并对比分析不同类型电极在不同条件下对苯胺的降解效能。以Ti/RuO2为阳极,对苯胺的电化学氧化降解影响因素研究结果表明:电流密度为20 mA/cm2、pH为10.0和极板间距为1 cm时,苯胺和COD在0.25 g/L NaCl溶液中的去除速率分别是在相同浓度Na2...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线
电化学反应器,如图2-1所示。该电解系统由直流电源、圆柱形亚克力电解槽、磁力搅拌器、Ti/RuO2阳极和Cu-Zn合金阴极组成。电解槽直径8.0 cm,高15 cm,容积753 mL,底部有1 cm高半开放空间放置磁力搅拌器转子用于提高溶液的传质效率;Ti/RuO2阳极和Cu-Zn阴极均购于宝鸡市金得利新材料有限公司,尺寸相同:长(L)×宽(W)×厚(H)=4.3 cm×15.0 cm×1.0 mm,间距可调。2.2.3 Ti/RuO_2阳极电化学性能测试
以Na Cl为电解质时,有机物的降解速率与Ti/RuO2阳极的析氯电位有很大关系。当析氯电位比较低时,有利于有效氯的产生,对间接氧化降解有促进作用。电极上施加一定电压后,电极中无电流通过,此时的电压成为稳态电压,当电流密度突然增大时,表明在溶液中发生了明显的析氯反应,此时的电压为极化电压。分别在稳态电压和极化电压范围选取一段具有代表性的曲线,做切线,其交点所对应的电压值为极化电压。图2-2为以0.5 mol/L NaCl为电解质,p H为7.4时,苯胺在Ti/RuO2电极的线性伏安图。对电极为铂丝,参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。通过计算,Ti/RuO2阳极的析氯电位为1.158 V。在电解质中加入苯胺后,电流密度从0.5 V左右即开始升高,这表明苯胺在阳极表面发生了直接催化氧化反应(赵国华,2003)。Ferreira等(2015)以0.1 mol/L的Na Cl为电解质,Pd/CNT/CT为阳极降解苯胺,氧化电压为2 V时,反应6 h后苯胺去除率为56.0%,通过气相色谱(GC-MS)检测几乎未发现氧化产物,认为苯胺首先被氧化为导电性良好的二苯胺,吸附在阳极表面,二苯胺与OH-和Cl-相比更容易被氧化(Ferreira et al.,2015),导致电流密度升高。Matsushita等(2005)认为在中性溶液中施加一个较低的电压(0.8或0.9 V以下)可使低浓度的苯胺在玻碳电极和炭纤维电极表面生成聚合物从而去除,但在Pt电极上不会形成聚合物。苯胺的苯环具有电负性,负电荷均匀地分布在苯环的一侧,在电场作用下,苯胺分子以苯环的一面吸附在电极的表面,因此聚合反应迅速,苯胺在电极表面的氧化过程首先是去质子反应。Ferreira等(2015)认为传质效率是影响聚合反应速率的关键因素。因此,在苯胺浓度增加到10.0 mmol/L后,氧化电流密度明显增加。随着电压增大,吸附在电极表面的聚合物被氧化,部分中间产物由于稳定性比较强,吸附在阳极表面会导致电流密度下降(Szpyrkowicz et al.,2005;Li et al.,2016a)。因此,在扫描电压高于1.3 V后,电流密度比没有添加苯胺前的低,且苯胺浓度越高降低越明显。当溶液的pH为碱性时对苯胺的聚合反应有明显的抑制作用。Ferreira等(2015)采用pH自动滴定仪控制溶液pH连续为10.0的条件下降解苯胺,电压为2 V,电解6 h后苯胺的去除率为35.0%,其中86.5%的苯胺被选择性地转化为碳酸盐。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学氧化技术供电方式研究进展[J]. 雷佳妮,袁孟孟,郭华,杨鸿辉,徐浩,杨柳. 工业水处理. 2019(12)
[2]磺化疏松纳滤膜对高盐度印染废水分离性能研究[J]. 周卫东,李世琪,周克梅,王连军. 水处理技术. 2019(12)
[3]络合萃取法处理促进剂二苯基硫脲生产废水[J]. 薛香菊. 橡胶科技. 2019(11)
[4]钛基改性DSA电极氧化法去除水中全氟化合物[J]. 张春晖,刘宗,杨博,李彩璇,史亚利,徐琳,蔡亚岐,孟晓飞,吴笑宇,李锁阳,潘毅,颜正. 环境科学学报. 2019(10)
[5]铁碳微电解+水解酸化+BAF工艺处理苯胺废水[J]. 杨庆,黄颖. 工业水处理. 2019(09)
[6]印染废水处理过程中有机污染物及急性毒性变化规律研究[J]. 王纯,王文龙,刘鑫,吴乾元,胡洪营. 环境科学学报. 2019(10)
[7]芬顿法处理某鞋厂废水的优化试验[J]. 马祥,余静,史浩垒. 山东化工. 2019(12)
[8]次氯酸钠消毒剂的分解特性及氯酸盐副产物形成规律探讨[J]. 刘丽君,周娅琳,阮建明,陈均贤. 给水排水. 2019(06)
[9]过氧化氢与臭氧联合消毒对泳池水灭菌效果的影响[J]. 吴俊奇,颜懿柔,段嘉洵. 科学技术与工程. 2019(15)
[10]微电解-Fenton技术在工业废水处理中的应用分析[J]. 田帅慧,康济溢. 低碳世界. 2019(05)
博士论文
[1]稀土掺杂钛基SnO2电极降解苯酚的电极过程研究[D]. 丁海洋.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]树脂基复合材料的制备及其吸附性能研究[D]. 冯琳.西安科技大学 2019
[2]强化电还原/电氧化协同工艺去除水中重金属及有机物效能研究[D]. 林冠豪.北京交通大学 2019
[3]超重力强化臭氧高级氧化技术降解苯胺废水[D]. 秦月娇.中北大学 2018
[4]苯酚降解菌的固定化及其强化处理焦化废水的研究[D]. 莫樨唯.中南民族大学 2016
[5]电芬顿体系中复合阴极的筛选及使用双阴极降解染料废水的研究[D]. 徐万强.燕山大学 2016
[6]电化学氧化处理造纸漂白废水中毒性物质研究[D]. 党一迪.陕西科技大学 2016
[7]芳香族化合物选择电氟化反应过程中阳极钝化抑制方法的研究[D]. 李建秋.浙江工业大学 2014
[8]溶胶凝胶法制备Ti/Ni/SnO2-Sb催化阳极及苯酚降解机理的研究[D]. 孙倩倩.华南理工大学 2014
[9]化学氧化法处理铅锌硫化矿浮选废水的研究[D]. 田静.广东工业大学 2014
[10]超临界水氧化法处理含氮有机物的实验研究[D]. 夏前勇.上海交通大学 2014
本文编号：2905149
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线
电化学反应器,如图2-1所示。该电解系统由直流电源、圆柱形亚克力电解槽、磁力搅拌器、Ti/RuO2阳极和Cu-Zn合金阴极组成。电解槽直径8.0 cm,高15 cm,容积753 mL,底部有1 cm高半开放空间放置磁力搅拌器转子用于提高溶液的传质效率;Ti/RuO2阳极和Cu-Zn阴极均购于宝鸡市金得利新材料有限公司,尺寸相同:长(L)×宽(W)×厚(H)=4.3 cm×15.0 cm×1.0 mm,间距可调。2.2.3 Ti/RuO_2阳极电化学性能测试
以Na Cl为电解质时,有机物的降解速率与Ti/RuO2阳极的析氯电位有很大关系。当析氯电位比较低时,有利于有效氯的产生,对间接氧化降解有促进作用。电极上施加一定电压后,电极中无电流通过,此时的电压成为稳态电压,当电流密度突然增大时,表明在溶液中发生了明显的析氯反应,此时的电压为极化电压。分别在稳态电压和极化电压范围选取一段具有代表性的曲线,做切线,其交点所对应的电压值为极化电压。图2-2为以0.5 mol/L NaCl为电解质,p H为7.4时,苯胺在Ti/RuO2电极的线性伏安图。对电极为铂丝,参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。通过计算,Ti/RuO2阳极的析氯电位为1.158 V。在电解质中加入苯胺后,电流密度从0.5 V左右即开始升高,这表明苯胺在阳极表面发生了直接催化氧化反应(赵国华,2003)。Ferreira等(2015)以0.1 mol/L的Na Cl为电解质,Pd/CNT/CT为阳极降解苯胺,氧化电压为2 V时,反应6 h后苯胺去除率为56.0%,通过气相色谱(GC-MS)检测几乎未发现氧化产物,认为苯胺首先被氧化为导电性良好的二苯胺,吸附在阳极表面,二苯胺与OH-和Cl-相比更容易被氧化(Ferreira et al.,2015),导致电流密度升高。Matsushita等(2005)认为在中性溶液中施加一个较低的电压(0.8或0.9 V以下)可使低浓度的苯胺在玻碳电极和炭纤维电极表面生成聚合物从而去除,但在Pt电极上不会形成聚合物。苯胺的苯环具有电负性,负电荷均匀地分布在苯环的一侧,在电场作用下,苯胺分子以苯环的一面吸附在电极的表面,因此聚合反应迅速,苯胺在电极表面的氧化过程首先是去质子反应。Ferreira等(2015)认为传质效率是影响聚合反应速率的关键因素。因此,在苯胺浓度增加到10.0 mmol/L后,氧化电流密度明显增加。随着电压增大,吸附在电极表面的聚合物被氧化,部分中间产物由于稳定性比较强,吸附在阳极表面会导致电流密度下降(Szpyrkowicz et al.,2005;Li et al.,2016a)。因此,在扫描电压高于1.3 V后,电流密度比没有添加苯胺前的低,且苯胺浓度越高降低越明显。当溶液的pH为碱性时对苯胺的聚合反应有明显的抑制作用。Ferreira等(2015)采用pH自动滴定仪控制溶液pH连续为10.0的条件下降解苯胺,电压为2 V,电解6 h后苯胺的去除率为35.0%,其中86.5%的苯胺被选择性地转化为碳酸盐。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学氧化技术供电方式研究进展[J]. 雷佳妮,袁孟孟,郭华,杨鸿辉,徐浩,杨柳. 工业水处理. 2019(12)
[2]磺化疏松纳滤膜对高盐度印染废水分离性能研究[J]. 周卫东,李世琪,周克梅,王连军. 水处理技术. 2019(12)
[3]络合萃取法处理促进剂二苯基硫脲生产废水[J]. 薛香菊. 橡胶科技. 2019(11)
[4]钛基改性DSA电极氧化法去除水中全氟化合物[J]. 张春晖,刘宗,杨博,李彩璇,史亚利,徐琳,蔡亚岐,孟晓飞,吴笑宇,李锁阳,潘毅,颜正. 环境科学学报. 2019(10)
[5]铁碳微电解+水解酸化+BAF工艺处理苯胺废水[J]. 杨庆,黄颖. 工业水处理. 2019(09)
[6]印染废水处理过程中有机污染物及急性毒性变化规律研究[J]. 王纯,王文龙,刘鑫,吴乾元,胡洪营. 环境科学学报. 2019(10)
[7]芬顿法处理某鞋厂废水的优化试验[J]. 马祥,余静,史浩垒. 山东化工. 2019(12)
[8]次氯酸钠消毒剂的分解特性及氯酸盐副产物形成规律探讨[J]. 刘丽君,周娅琳,阮建明,陈均贤. 给水排水. 2019(06)
[9]过氧化氢与臭氧联合消毒对泳池水灭菌效果的影响[J]. 吴俊奇,颜懿柔,段嘉洵. 科学技术与工程. 2019(15)
[10]微电解-Fenton技术在工业废水处理中的应用分析[J]. 田帅慧,康济溢. 低碳世界. 2019(05)
博士论文
[1]稀土掺杂钛基SnO2电极降解苯酚的电极过程研究[D]. 丁海洋.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]树脂基复合材料的制备及其吸附性能研究[D]. 冯琳.西安科技大学 2019
[2]强化电还原/电氧化协同工艺去除水中重金属及有机物效能研究[D]. 林冠豪.北京交通大学 2019
[3]超重力强化臭氧高级氧化技术降解苯胺废水[D]. 秦月娇.中北大学 2018
[4]苯酚降解菌的固定化及其强化处理焦化废水的研究[D]. 莫樨唯.中南民族大学 2016
[5]电芬顿体系中复合阴极的筛选及使用双阴极降解染料废水的研究[D]. 徐万强.燕山大学 2016
[6]电化学氧化处理造纸漂白废水中毒性物质研究[D]. 党一迪.陕西科技大学 2016
[7]芳香族化合物选择电氟化反应过程中阳极钝化抑制方法的研究[D]. 李建秋.浙江工业大学 2014
[8]溶胶凝胶法制备Ti/Ni/SnO2-Sb催化阳极及苯酚降解机理的研究[D]. 孙倩倩.华南理工大学 2014
[9]化学氧化法处理铅锌硫化矿浮选废水的研究[D]. 田静.广东工业大学 2014
[10]超临界水氧化法处理含氮有机物的实验研究[D]. 夏前勇.上海交通大学 2014
本文编号：2905149
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