鈦基形穩(wěn)電極的制備及電化學氧化苯胺廢水性能與機理
發(fā)布時間：2020-12-08 13:18
印染、制革、制藥等行業(yè)排放的苯胺廢水中COD和無機鹽濃度較高且具有生物毒性,傳統(tǒng)的生物法處理難度較大,而電化學法處理難降解有機廢水具有很大優(yōu)勢,已受到廣泛關(guān)注。電化學法處理難降解有機廢水的關(guān)鍵是具有電化學催化氧化能力的形穩(wěn)陽極（DSA）,盡管目前已有許多類型的DSA電極可通過直接氧化或催化Cl-產(chǎn)生的有效氯氧化水中難降解有機物,但普遍存在析氧電位低、直接氧化能力弱、涂層材料穩(wěn)定性不強等問題。本研究在不同條件下探討傳統(tǒng)Ti/RuO2電化學氧化苯胺廢水的性能及機理的基礎(chǔ)上,摻雜Sn或Ir制備改性多元金屬DSA電極,通過LSV、SEM和XRD分析其催化氧化能力、表面形貌及穩(wěn)定性,在不同電解質(zhì)和電流密度下研究苯胺的電化學降解行為與機理,并對比分析不同類型電極在不同條件下對苯胺的降解效能。以Ti/RuO2為陽極,對苯胺的電化學氧化降解影響因素研究結(jié)果表明:電流密度為20 mA/cm2、pH為10.0和極板間距為1 cm時,苯胺和COD在0.25 g/L NaCl溶液中的去除速率分別是在相同濃度Na2...
【文章來源】：中國地質(zhì)大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：183 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
技術(shù)路線
電化學反應(yīng)器,如圖2-1所示。該電解系統(tǒng)由直流電源、圓柱形亞克力電解槽、磁力攪拌器、Ti/RuO2陽極和Cu-Zn合金陰極組成。電解槽直徑8.0 cm,高15 cm,容積753 mL,底部有1 cm高半開放空間放置磁力攪拌器轉(zhuǎn)子用于提高溶液的傳質(zhì)效率;Ti/RuO2陽極和Cu-Zn陰極均購于寶雞市金得利新材料有限公司,尺寸相同:長(L)×寬(W)×厚(H)=4.3 cm×15.0 cm×1.0 mm,間距可調(diào)。2.2.3 Ti/RuO_2陽極電化學性能測試
以Na Cl為電解質(zhì)時,有機物的降解速率與Ti/RuO2陽極的析氯電位有很大關(guān)系。當析氯電位比較低時,有利于有效氯的產(chǎn)生,對間接氧化降解有促進作用。電極上施加一定電壓后,電極中無電流通過,此時的電壓成為穩(wěn)態(tài)電壓,當電流密度突然增大時,表明在溶液中發(fā)生了明顯的析氯反應(yīng),此時的電壓為極化電壓。分別在穩(wěn)態(tài)電壓和極化電壓范圍選取一段具有代表性的曲線,做切線,其交點所對應(yīng)的電壓值為極化電壓。圖2-2為以0.5 mol/L NaCl為電解質(zhì),p H為7.4時,苯胺在Ti/RuO2電極的線性伏安圖。對電極為鉑絲,參比電極為飽和甘汞電極(SCE)。通過計算,Ti/RuO2陽極的析氯電位為1.158 V。在電解質(zhì)中加入苯胺后,電流密度從0.5 V左右即開始升高,這表明苯胺在陽極表面發(fā)生了直接催化氧化反應(yīng)(趙國華,2003)。Ferreira等(2015)以0.1 mol/L的Na Cl為電解質(zhì),Pd/CNT/CT為陽極降解苯胺,氧化電壓為2 V時,反應(yīng)6 h后苯胺去除率為56.0%,通過氣相色譜(GC-MS)檢測幾乎未發(fā)現(xiàn)氧化產(chǎn)物,認為苯胺首先被氧化為導(dǎo)電性良好的二苯胺,吸附在陽極表面,二苯胺與OH-和Cl-相比更容易被氧化(Ferreira et al.,2015),導(dǎo)致電流密度升高。Matsushita等(2005)認為在中性溶液中施加一個較低的電壓(0.8或0.9 V以下)可使低濃度的苯胺在玻碳電極和炭纖維電極表面生成聚合物從而去除,但在Pt電極上不會形成聚合物。苯胺的苯環(huán)具有電負性,負電荷均勻地分布在苯環(huán)的一側(cè),在電場作用下,苯胺分子以苯環(huán)的一面吸附在電極的表面,因此聚合反應(yīng)迅速,苯胺在電極表面的氧化過程首先是去質(zhì)子反應(yīng)。Ferreira等(2015)認為傳質(zhì)效率是影響聚合反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素。因此,在苯胺濃度增加到10.0 mmol/L后,氧化電流密度明顯增加。隨著電壓增大,吸附在電極表面的聚合物被氧化,部分中間產(chǎn)物由于穩(wěn)定性比較強,吸附在陽極表面會導(dǎo)致電流密度下降(Szpyrkowicz et al.,2005;Li et al.,2016a)。因此,在掃描電壓高于1.3 V后,電流密度比沒有添加苯胺前的低,且苯胺濃度越高降低越明顯。當溶液的pH為堿性時對苯胺的聚合反應(yīng)有明顯的抑制作用。Ferreira等(2015)采用pH自動滴定儀控制溶液pH連續(xù)為10.0的條件下降解苯胺,電壓為2 V,電解6 h后苯胺的去除率為35.0%,其中86.5%的苯胺被選擇性地轉(zhuǎn)化為碳酸鹽。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]電化學氧化技術(shù)供電方式研究進展[J]. 雷佳妮,袁孟孟,郭華,楊鴻輝,徐浩,楊柳. 工業(yè)水處理. 2019(12)
[2]磺化疏松納濾膜對高鹽度印染廢水分離性能研究[J]. 周衛(wèi)東,李世琪,周克梅,王連軍. 水處理技術(shù). 2019(12)
[3]絡(luò)合萃取法處理促進劑二苯基硫脲生產(chǎn)廢水[J]. 薛香菊. 橡膠科技. 2019(11)
[4]鈦基改性DSA電極氧化法去除水中全氟化合物[J]. 張春暉,劉宗,楊博,李彩璇,史亞利,徐琳,蔡亞岐,孟曉飛,吳笑宇,李鎖陽,潘毅,顏正. 環(huán)境科學學報. 2019(10)
[5]鐵碳微電解+水解酸化+BAF工藝處理苯胺廢水[J]. 楊慶,黃穎. 工業(yè)水處理. 2019(09)
[6]印染廢水處理過程中有機污染物及急性毒性變化規(guī)律研究[J]. 王純,王文龍,劉鑫,吳乾元,胡洪營. 環(huán)境科學學報. 2019(10)
[7]芬頓法處理某鞋廠廢水的優(yōu)化試驗[J]. 馬祥,余靜,史浩壘. 山東化工. 2019(12)
[8]次氯酸鈉消毒劑的分解特性及氯酸鹽副產(chǎn)物形成規(guī)律探討[J]. 劉麗君,周婭琳,阮建明,陳均賢. 給水排水. 2019(06)
[9]過氧化氫與臭氧聯(lián)合消毒對泳池水滅菌效果的影響[J]. 吳俊奇,顏懿柔,段嘉洵. 科學技術(shù)與工程. 2019(15)
[10]微電解-Fenton技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用分析[J]. 田帥慧,康濟溢. 低碳世界. 2019(05)
博士論文
[1]稀土摻雜鈦基SnO2電極降解苯酚的電極過程研究[D]. 丁海洋.哈爾濱工業(yè)大學 2007
碩士論文
[1]樹脂基復(fù)合材料的制備及其吸附性能研究[D]. 馮琳.西安科技大學 2019
[2]強化電還原/電氧化協(xié)同工藝去除水中重金屬及有機物效能研究[D]. 林冠豪.北京交通大學 2019
[3]超重力強化臭氧高級氧化技術(shù)降解苯胺廢水[D]. 秦月嬌.中北大學 2018
[4]苯酚降解菌的固定化及其強化處理焦化廢水的研究[D]. 莫樨唯.中南民族大學 2016
[5]電芬頓體系中復(fù)合陰極的篩選及使用雙陰極降解染料廢水的研究[D]. 徐萬強.燕山大學 2016
[6]電化學氧化處理造紙漂白廢水中毒性物質(zhì)研究[D]. 黨一迪.陜西科技大學 2016
[7]芳香族化合物選擇電氟化反應(yīng)過程中陽極鈍化抑制方法的研究[D]. 李建秋.浙江工業(yè)大學 2014
[8]溶膠凝膠法制備Ti/Ni/SnO2-Sb催化陽極及苯酚降解機理的研究[D]. 孫倩倩.華南理工大學 2014
[9]化學氧化法處理鉛鋅硫化礦浮選廢水的研究[D]. 田靜.廣東工業(yè)大學 2014
[10]超臨界水氧化法處理含氮有機物的實驗研究[D]. 夏前勇.上海交通大學 2014
本文編號：2905149
【文章來源】：中國地質(zhì)大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：183 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
技術(shù)路線
電化學反應(yīng)器,如圖2-1所示。該電解系統(tǒng)由直流電源、圓柱形亞克力電解槽、磁力攪拌器、Ti/RuO2陽極和Cu-Zn合金陰極組成。電解槽直徑8.0 cm,高15 cm,容積753 mL,底部有1 cm高半開放空間放置磁力攪拌器轉(zhuǎn)子用于提高溶液的傳質(zhì)效率;Ti/RuO2陽極和Cu-Zn陰極均購于寶雞市金得利新材料有限公司,尺寸相同:長(L)×寬(W)×厚(H)=4.3 cm×15.0 cm×1.0 mm,間距可調(diào)。2.2.3 Ti/RuO_2陽極電化學性能測試
以Na Cl為電解質(zhì)時,有機物的降解速率與Ti/RuO2陽極的析氯電位有很大關(guān)系。當析氯電位比較低時,有利于有效氯的產(chǎn)生,對間接氧化降解有促進作用。電極上施加一定電壓后,電極中無電流通過,此時的電壓成為穩(wěn)態(tài)電壓,當電流密度突然增大時,表明在溶液中發(fā)生了明顯的析氯反應(yīng),此時的電壓為極化電壓。分別在穩(wěn)態(tài)電壓和極化電壓范圍選取一段具有代表性的曲線,做切線,其交點所對應(yīng)的電壓值為極化電壓。圖2-2為以0.5 mol/L NaCl為電解質(zhì),p H為7.4時,苯胺在Ti/RuO2電極的線性伏安圖。對電極為鉑絲,參比電極為飽和甘汞電極(SCE)。通過計算,Ti/RuO2陽極的析氯電位為1.158 V。在電解質(zhì)中加入苯胺后,電流密度從0.5 V左右即開始升高,這表明苯胺在陽極表面發(fā)生了直接催化氧化反應(yīng)(趙國華,2003)。Ferreira等(2015)以0.1 mol/L的Na Cl為電解質(zhì),Pd/CNT/CT為陽極降解苯胺,氧化電壓為2 V時,反應(yīng)6 h后苯胺去除率為56.0%,通過氣相色譜(GC-MS)檢測幾乎未發(fā)現(xiàn)氧化產(chǎn)物,認為苯胺首先被氧化為導(dǎo)電性良好的二苯胺,吸附在陽極表面,二苯胺與OH-和Cl-相比更容易被氧化(Ferreira et al.,2015),導(dǎo)致電流密度升高。Matsushita等(2005)認為在中性溶液中施加一個較低的電壓(0.8或0.9 V以下)可使低濃度的苯胺在玻碳電極和炭纖維電極表面生成聚合物從而去除,但在Pt電極上不會形成聚合物。苯胺的苯環(huán)具有電負性,負電荷均勻地分布在苯環(huán)的一側(cè),在電場作用下,苯胺分子以苯環(huán)的一面吸附在電極的表面,因此聚合反應(yīng)迅速,苯胺在電極表面的氧化過程首先是去質(zhì)子反應(yīng)。Ferreira等(2015)認為傳質(zhì)效率是影響聚合反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素。因此,在苯胺濃度增加到10.0 mmol/L后,氧化電流密度明顯增加。隨著電壓增大,吸附在電極表面的聚合物被氧化,部分中間產(chǎn)物由于穩(wěn)定性比較強,吸附在陽極表面會導(dǎo)致電流密度下降(Szpyrkowicz et al.,2005;Li et al.,2016a)。因此,在掃描電壓高于1.3 V后,電流密度比沒有添加苯胺前的低,且苯胺濃度越高降低越明顯。當溶液的pH為堿性時對苯胺的聚合反應(yīng)有明顯的抑制作用。Ferreira等(2015)采用pH自動滴定儀控制溶液pH連續(xù)為10.0的條件下降解苯胺,電壓為2 V,電解6 h后苯胺的去除率為35.0%,其中86.5%的苯胺被選擇性地轉(zhuǎn)化為碳酸鹽。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]電化學氧化技術(shù)供電方式研究進展[J]. 雷佳妮,袁孟孟,郭華,楊鴻輝,徐浩,楊柳. 工業(yè)水處理. 2019(12)
[2]磺化疏松納濾膜對高鹽度印染廢水分離性能研究[J]. 周衛(wèi)東,李世琪,周克梅,王連軍. 水處理技術(shù). 2019(12)
[3]絡(luò)合萃取法處理促進劑二苯基硫脲生產(chǎn)廢水[J]. 薛香菊. 橡膠科技. 2019(11)
[4]鈦基改性DSA電極氧化法去除水中全氟化合物[J]. 張春暉,劉宗,楊博,李彩璇,史亞利,徐琳,蔡亞岐,孟曉飛,吳笑宇,李鎖陽,潘毅,顏正. 環(huán)境科學學報. 2019(10)
[5]鐵碳微電解+水解酸化+BAF工藝處理苯胺廢水[J]. 楊慶,黃穎. 工業(yè)水處理. 2019(09)
[6]印染廢水處理過程中有機污染物及急性毒性變化規(guī)律研究[J]. 王純,王文龍,劉鑫,吳乾元,胡洪營. 環(huán)境科學學報. 2019(10)
[7]芬頓法處理某鞋廠廢水的優(yōu)化試驗[J]. 馬祥,余靜,史浩壘. 山東化工. 2019(12)
[8]次氯酸鈉消毒劑的分解特性及氯酸鹽副產(chǎn)物形成規(guī)律探討[J]. 劉麗君,周婭琳,阮建明,陳均賢. 給水排水. 2019(06)
[9]過氧化氫與臭氧聯(lián)合消毒對泳池水滅菌效果的影響[J]. 吳俊奇,顏懿柔,段嘉洵. 科學技術(shù)與工程. 2019(15)
[10]微電解-Fenton技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用分析[J]. 田帥慧,康濟溢. 低碳世界. 2019(05)
博士論文
[1]稀土摻雜鈦基SnO2電極降解苯酚的電極過程研究[D]. 丁海洋.哈爾濱工業(yè)大學 2007
碩士論文
[1]樹脂基復(fù)合材料的制備及其吸附性能研究[D]. 馮琳.西安科技大學 2019
[2]強化電還原/電氧化協(xié)同工藝去除水中重金屬及有機物效能研究[D]. 林冠豪.北京交通大學 2019
[3]超重力強化臭氧高級氧化技術(shù)降解苯胺廢水[D]. 秦月嬌.中北大學 2018
[4]苯酚降解菌的固定化及其強化處理焦化廢水的研究[D]. 莫樨唯.中南民族大學 2016
[5]電芬頓體系中復(fù)合陰極的篩選及使用雙陰極降解染料廢水的研究[D]. 徐萬強.燕山大學 2016
[6]電化學氧化處理造紙漂白廢水中毒性物質(zhì)研究[D]. 黨一迪.陜西科技大學 2016
[7]芳香族化合物選擇電氟化反應(yīng)過程中陽極鈍化抑制方法的研究[D]. 李建秋.浙江工業(yè)大學 2014
[8]溶膠凝膠法制備Ti/Ni/SnO2-Sb催化陽極及苯酚降解機理的研究[D]. 孫倩倩.華南理工大學 2014
[9]化學氧化法處理鉛鋅硫化礦浮選廢水的研究[D]. 田靜.廣東工業(yè)大學 2014
[10]超臨界水氧化法處理含氮有機物的實驗研究[D]. 夏前勇.上海交通大學 2014
本文編號：2905149
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