活性炭纤维电极法处理含酚废水的研究 - 中山大学化学与化学工程学院.doc

活性炭纤维电极法处理含酚废水的研究 郑春燕, 易芬云, 陈水挟* （中山大学材料科学研究所, 聚合物复合材料与功能材料教育部重点实验室, 广州 510275） 摘要 以活性炭纤维作为阳极, 不锈钢板为阴极, 采用电化学氧化法对模拟的含酚废水进行了处理. 结果表明, 其最佳的实验操作条件为: pH值为3、进水苯酚浓度为500 mg/L、电流密度mA/cm2、Na2SO4浓度为15 g/L. 在最佳实验条件下, 苯酚和COD的去除率均能达到95%以上, 取得了很好的去除效果. 同时, 通过对比不同电极材料的降解效果, 证明了具高比表面积的活性炭纤维作为电极材料, 能充分将其导电、吸附、催化及稳定性能有效地结合起来, 实现高效净化, 具有良好的应用前景. 并初步探索了该电化学处理体系中苯酚的降解机理. 关键词 电化学氧化 活性炭纤维电极 苯酚 一 前言 酚类化合物作为一种重要的有机化工基本原料, 广泛应用于国民经济的各个方面. 但由于其具有较强的毒性和刺激性, 不经处理任意排放会对水环境带来严重危害. 废水中的酚类物质主要包括苯酚、甲酚及其他的酚类化合物, 来源于石油化工、煤化工、苯酚生产及酚醛树脂生产等[1], 对人类环境的潜在影响很大, 因而对该类化合物的处理一直是人们所关注的问题. 在含酚废水的治理苯酚4-氨基安替比林铁氰化钾重铬酸钾硫酸银硫酸汞邻苯二甲酸氢钾UV-7504C紫外可见分光光度计MS-3型微波消解COD测定仪HP1100型高效液相色谱仪序号 A B C D 去除率 pH 进水苯酚浓度 Na2SO4浓度 电流密度 ( mg/L) ( g/L) (mA/cm2) 1 3 300 5 0.9958 2 3 500 10 19 0.9425 3 3 700 15 26 0.9556 4 7 300 10 26 0.9305 5 7 500 15 11 0.9841 6 7 700 5 19 0.8406 7 10 300 15 19 0.7544 8 10 500 5 26 0.8527 9 10 700 10 11 0.6338 k1 0.9646 0.8935 0.8964 0.8712 k2 0.9184 0.9264 0.8356 0.8458 k3 0.7470 0.8100 0.8980 0.9129 极差R 0.210.116 0.062 0.067 因素主次 ABDC 优方案 A1 B2 C3 D3 电流密度电流密度mA/cm2、Na2SO4浓度为15 g/L时效果最好. 由于要考虑到经济合理, 为进一步确定最优条件, 所以又对主要的影响因素做单因素实验. 2．影响因素的确定 2．1 pH值对苯酚去除率的影响 实验结果如图Ⅰ所示. 在整个实验过程中, 随酸性的降低, 苯酚去除率先升高后降低. 在酸性条件下苯酚去除率较高, 这可能是因为酸性条件抑止了析氧反应的发生, 从而提高了有机物的去除率[4]. 但pH过低, 酸性过强时, 不利于电解, 且阴极的不锈钢片直接会与酸发生反应而溶解. 而在pH=3的时候, 去除效果最好. 所以本实验将pH值控制在3为最佳. 2．2 进水苯酚浓度对苯酚去除率的影响 在不同初始浓度下, 苯酚的电催化降解效果如图Ⅱ所示. 由图可看到, 开始时随苯酚浓度的增高, 其去除率也随之提高. 当苯酚的设定浓度为500 mg/L时, 去除率最高. 随后, 去除率逐渐降低, 这可能是因为随着苯酚浓度越来越高, 反应过程中生成的中间产物有可能与苯酚成为竞争反应, 即电极反应以中间产物的氧化为主. 因此, 取进水苯酚浓度为500 mg/L较为适宜. 图Ⅰ pH值对苯酚去除率的影响 图Ⅱ 进水苯酚浓度对苯酚去除率的影响 电解条件: 进口苯酚浓度为500 mg/L, 电流密度mA/cm2, 电解条件: pH为3, 电流密度mA/cm2, Na2SO4浓度为15 g/L, 反应时间为60 min Na2SO4浓度为15 g/L, 反应时间为60 min 2．3 电流密度电流密度mA/cm2, 苯酚去除率可达90%以上. 图Ⅲ 电流密度电流密度mA/cm2, 反应时间为60 min 2．4 电解质浓度对苯酚去除率的影响 本实验采用Na2SO4作为电解质, 其作用主要是提高电解液的导电能力, 以提高反应速率. 由图Ⅳ可知, 随着Na2SO4浓度的升高, 苯酚去除率的变化为先增高后降低, 这与溶液的电导率一般均随电解质浓度之增加而先升高后下降规律相符. 因此选择合适的Na2SO4浓度为10 g/L. 3．不同电极材料的对比 在最佳实验条件下, 考