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1、高级电化学氧化技术在偶氮染料废水处理中的 应用毕业论文 目 录 摘要 I ABSTRACT II 1 前言 1 1 1 高级电化学氧化综述 1 1 2 电化学氧化的基本原理 1 1 2 1 直接电解 2 1 2 2 间接电解 2 1 3 电化学的氧化机理 2 1 3 1 直接阳极氧化 2 1 3 2 间接阳极氧化 2 1 4 高级电化学氧化技术在印染废水处理中的应用 3 1 5 高级电化学氧化技术的发展与现状 4 1 6 本课题研究的目的与意义 6 2 实验部分 7 2 1 实验材料 7 2 1 1 实验药品 7 2 1 3 实验仪器及设备 7 2 2 染料的吸光度与浓度的关系 7 2 3 测
2、试方法 8 2 4 初始实验条件 8 3 结果与讨论 10 3 1 单因素实验 10 3 1 1 电解质浓度 10 3 1 2 电解时间 11 3 1 3 染料溶液 pH 值 11 3 1 4 电极材料 12 3 2 正交试验 13 3 2 1 正交试验设计 13 3 2 2 正交试验结果及分析 14 3 2 2 1 对脱色率的影响 14 3 2 2 2 对吸光度的影响 15 3 3 动力学分析 16 3 3 1 电解时间与脱色率的关系 16 3 3 2 pH 值与脱色率的关系 17 3 2 3 动力学分析结论 18 4 结论 19 参考文献 20 致 谢 21 高级电化学氧化技术在偶氮染料废
3、水处理中的应用 摘要 本文研究了不同的条件对高级电化学氧化法处理印染废水的影响 使用直接蓝 71 NaCl 配制模拟的印染废水 通过测试电解后的吸光度以及脱色率确定最佳实验方 案 实验结果表明 高级电化学氧化法处理印染废水的最佳工艺为 pH 值为 4 NaCl 浓 度 40g L 时间 50 分钟 使用不锈钢和铜分别作为正负极 通过处理前后的废水颜色 对比表明高级电化学氧化法对偶氮染料印染废水处理的效果显著 关键词 高级电化学氧化 偶氮染料 印染废水 Advanced electrochemical oxidation technology in the application of Azo
4、dyes wastewater treatment AbstractAbstract This paper studies the different conditions of advanced electrochemical oxidation process of printing and dyeing wastewater treatment Using direct blue 71 NaCl configuration simulation of printing and dyeing wastewater through test after electrolytic absorb
5、ance and decoloring rate determine the optimal experiment scheme The experimental results show that the best technology of advanced electrochemical oxidation process printing and dyeing wastewater treatment for pH value of 4 40 g L NaCl concentration 50 minutes time use stainless steel and copper re
6、spectively as is the cathode Through before and after the treatment of waste water color contrast show that advanced electrochemical oxidation process of dual Azo dyes and dyeing wastewater treatment effect is remarkable KeyKey wordswords Advanced electrochemical oxidation Azo dye Printing and dyein
7、g wastewater 1 前言 1 1 高级电化学氧化综述 纺织行业是我国的传统支柱行业之一 近十几年来发展迅速 取得了令人瞩目的 成就 印染作为纺织工业的重要组成部分 是当前工业废水排放大户之一 这些废水 大部分没有经过有效处理 对环境构成了极大的危害 近年来随着新化学纤维织物的 发展和印染后整理技术的进步 大量新型助剂等难生化降解的有机物进入印染废水 使其有效处理更加困难 传统的处理工艺受到了严重挑战 电化学氧化技术以其环境兼容性和友好性的特点 特别是可以直接电化学氧化或 间接电化学氧化降解生物难降解有机物等优点引起了人们的广泛关注 电化学氧化主 要以电子为试剂 不需要添加任何化学试剂
8、 1 近年来 电化学氧化技术已在垃圾渗滤液 制革废水 印染废水 炼油废水等领 域进行了应用研究 使人们对这一技术的期待更加迫切 但是电化学氧化技术还存在 许多堕待解决的实际问题 论文主要从电化学氧化法处理有机化工废水的实际问题出 发开展有机污染物的电化学氧化降解机理及其历程 阳极材料的研制 及电化学氧化 工艺的基础理论和应用研究 电化学方法是物理化学法的一个重要分支 在处理污水方面具有独特优势 主要 体现在 1 化学反应具有比一般的化学反应更强的氧化和还原能力 2 处理过程清洁 电子是电化学反应的主要反应物 电子转移只在电极及废物组 分之间进行 3 设备相对简单 可控性好 操作和维护费用较低
9、4 能使有机物彻底氧化 降解污泥量少后处理简单 5 占地面积小 处理周期短 基于上述优点其成为目前最具发展前景的有机污染物处理方法 应用电化学法处 理废水电极的选择在废水处理中起着关键作用 处理不同废水的反应机理已成为专业 技术人员研究和讨论的重点 2 1 2 电化学氧化的基本原理 电化学法是指在外加电场的作用下 在电化学反应器中 通过控制电压或电流等 条件 发生电化学过程或电化学反应 从而使污染物降解去除的方法 与其他水处理 方法相比 电化学法具有多功能 灵活性 易于控制 无污染或少污染等优点 被称 为 环境友好技术 电化学法用于水处理的基本原理是使污染物在电极上发生直接电 化学反应或间接电
10、化学转化 按原理可以分为两种 即直接电解和间接电解 1 2 1 直接电解 污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除 直接电解可分为阳极过程和 阴极过程 阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降 解的物质 甚至发生有机物无机化 从而达到削减 去除污染物的目的 阴极过程就 是污染物在阴极表面还原而得以去除 主要用于卤代烃的还原脱卤和重金属的回收 1 2 2 间接电解 利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂 使污染物转化成毒性更小 的物质 间接电解分为可逆过程和不可逆过程 可逆过程是指氧化还原物在电解过程 中可能发生电化学再生和循环使用 不可逆过程是指利用不可逆电
11、化学反应产生的物 质 如具有强氧化性的氯酸盐 次氯酸盐 H2O2和 O3等氧化有机物的过程 还可以利 用电化学反应产生的短寿命的 强氧化性的中间体 包括溶剂化电子 HO HO2 O2 等自由基 它们可以氧化降解污染物 3 4 1 3 电化学的氧化机理 1 3 1 直接阳极氧化 直接阳极氧化主要依靠在阳极上发生的电化学反应选择性氧化降解有机物 如 Polcaro 等利用 Ti SnO2和 Ti PbO2电极对废水中的 2 氯酚 的电化学降解进行了研究 Ureta Zanartu 等在金电极上研究了多氯代酚的电氧化以及在玻碳电极上研究了 2 4 二氯苯酚和多氯代酚的电氧化动力学 Tanaka 用
12、Ti SnO2和 Ti Pt 电极对双酚 A 的电 化学分解过程表明 与 Ti Pt 相比 Ti SnO2能迅速地将双酚 A 分解为二氧化碳 直 接阳极氧化过程伴随着氧气析出 氧的生成使氧化降解有机物的电流效率降低 能耗 升高 因此 阳极材料的影响很大 Comninellis 等比较了 20 多种不同有机物在 Pt Ti 和 Ti SnO2 Sb2O5阳极上的氧化结果 发现后者氧化的电流效率远高于前者 证 实阳极的选择性氧化与电极表面形成的高氧化态的 MOx 1 和电极表面积累的 OH 自由 基有关 因此 阳极材料的开发 即希望阳极对所处理的有机物表现出高的反应速率 和良好的选择性已成为该方法
13、应用的关键 1 3 2 间接阳极氧化 间接阳极氧化是通过阳极发生氧化反应产生的强氧化剂间接氧化水中的有机物 达到强化降解的目的 由于间接电氧化既在一定程度上发挥了阳极氧化作用 又利用 了产生的氧化剂 因此处理效率大为提高 间接阳极氧化分为以下两类 一类是直接 利用阴离子 如将氯离子在阳极上直接电氧化产生新生态的氯或进一步形成次氯酸根 从而使水中的有机物发生强烈的氧化而降解 使用氯气或次氯酸盐体系 一个潜在的 缺点是一些有机物在降解过程中可能被氯化 产生有毒含氯有物中间产物 毒性增强 造成二次污染 但 Bogdanovskii 等的研究表明该法是安全的 这种处理废水的方法已 经得到应用 通过电生
14、成臭氧 过氧化氢这类氧化中间物来处理有机污染物的方法 由于其良好的环境意义而受到重视 尤其电生成 Fenton 试剂方法应用效果明显 另一类是利用可逆氧化还原电对间接氧化有机物 常用的电对为 Co Co Fe Fe Leffrang 等以 Co Co 为氧化还原电对 研究了典型污染物 苯酚 2 氯酚和 4 氯酚的降解 发现能降解这些有机物为二氧化碳和一氧化碳 转化 率为 98 总的平均电流效率可达 75 14 15 1 4 高级电化学氧化技术在印染废水处理中的应用 纺织印染行业是废水排放大户 居我国各工业废水排放的前5位 纺织印染废水不仅 排放量大 而且色度深 有机污染物含量高 属难处理的工业
15、废水 近年来 由于新化学纤 维织物的发展和印染后整理技术的进步 使PVA料 油剂酸 新型助剂等难生化降解有 机物大量进入印染废水 其COD浓度也由400 1000mg L上升到2000 3000mg L 从而使 原有生物处理系统的COD去除率从70 下降至50 左右 甚至更低 传统的生物处理工艺 受到了严重挑战 因此 一些新型的印染废水处理技术的研究和开发崭露头角 早在20世纪三四十年代 电化学方法就已应用于处理含重金属离子的废水 至60年 代后期 随着有机电化学理论研究的深入以及涂层电极的问世 电化学方法开始应用于 有机废水的处理 近年来得到了更快的发展 常用的电化学方法有电氧化法 电还原法
16、 电凝聚法 电渗析法 电气浮法 磁电解法 微电解法等 电化学氧化法作为近年发展起来的新型废水处理技术 它在处理难生物降解有机废 水方面具有较明显的优势 具有设备小 操作简便 易实现自动化 运行管理方便 便 于联合使用 COD去除率高 脱色效果好等优点 是一种有效的处理技术 已成为印染废 水处理的一种有效工艺 电化学法用于印染废水处理 主要考虑的因素有电极材料 废水pH值 温度 电 压 电解时间等 还包括一些电化学反应器的设计及运行 从目前的研究来看 很多 方法都表明电化学法在处理难生物降解物质方面有很大的优势 近年来国内外对电化学方法研究较多 由于具有比一般的化学反应更强的氧化和 还原能力 能使有机物彻底氧化降解等特点 使得电化学方法在难生物降解有机废水 预处理方面具有很好的优势 在很大程度上能提高废水的可生化性 降低后续生物处 理负荷 染料废水成分复杂 含有多种有机染料和中间体 色度大 毒性强 难降解 pH 值波 动大 电化学法对含染料废水的色度去除具有独特的效果 国内相继采用活性炭纤维 ACF 铁复合电极复极性固定床电极等对多种印染废水进行处理 取得明显效果 且在 电解过程中实现了
