电解法处理印染废水的研究-secret.docVIP

PAGE PAGE 1 电解法处理印染废水的研究 摘 要 利用自制电解装置，以铁电极为阳极，铜电解为阴极对印染废水进行电解。在外电压的作用下，利用可溶性阳极铁产生大量的阳离子对胶体废水进行凝聚，同时在阴极上析出大量的氢气泡与絮粒粘附在一起上浮，电解过程中生成的羟基自由基对有机染料进行降解脱色反应。目前国内外对电解法处理印染废水进行了大量的研究，概括了电解过程中污染物去除的四种机理。既氢氧化铁与絮粒表面的络和作用、化学调整作用和沉淀的上浮作用。电解时是氧化、还原、中和、凝聚、气浮几种化学反应和物理变化的综合作用，使印染废水得到净化。实验结果表明：电化学方法处理印染废水的效果十分明显，废水的脱色率在95%以上。 关键词 染料降解 印染废水 电化学方法 羟基自由基 在21世纪的今天，环境保护和环境污染防治工程日益受到人们重视。染料和印染工业的废水处理一直是个令人捆扰的问题。随着我国印染工业的发展，印染行业已成为工业废水的排放大户。据不完全统计，全国印染废水的排放约为3×106 ~4×106m3／d.。而在制造过程中染料的损失率约为2%，在印染工业中其损失率约为10%。这类染料废水具有高色度、高含盐量、有机物难生化降解、水质水量随时间变化较大等特点，对环境污染很大，使之成为工业废水治理的难点[2]。用电化学的方法来处理这类废水，以其设备简单，投资小，占地少等优点而成为近年来研究的热点。电解过程中生成的羟基自由基是一种强氧化剂，具有很高的氧化电位（2.8V），羟基自由基通过引发链反应最终可以将有机物氧化为最简单的分子H2O和CO2，而且Fe(OH)3胶体可以吸附有机物发色基团使之共同沉淀[3]。实验以紫外可见光谱图表征工业染料废水经电解后的吸光度的变化；以红外光谱分析废水沉淀；用精确pH试纸测定电解前后废水的pH值变化；根据电压、电流及电解时间来核算实验成本。本文基于对其脱色机理和实验工业化的可行性进行了研究，并对电极的选择，电极间的距离，电压的控制，支持电解质的加入量、流量的大小等实验条件的优化选择进行了初步探讨。 1、实验部分 1.1、试剂： 氯化钠（固体） 精确pH试纸 0.1mol/L KSCN溶液 印染废（淮北印染厂采集 pH=9.5） 1.2、仪器： 电解池（自制） WJY—45V/2A晶体直流稳压电源 DMS—200紫外可见分光光度 浮选池（自制） 傅立叶红外分光光度计 1.3、电解装置： 电解装置由图1组成：采用电化学方法处理印染废水，对于电极的选择至关重要。本实验所采用的是将铜电极作为阴极并置于电解池的底部，以铁电极作为阳极置于电解池的上部。电解池共有13对电极组成，电极间的距离为14cm电解时的总电压为15V。 图1、 电解装置 2、降解机理的讨论 2.1、实验方法 电解前测定废水pH值，同时作190~800nm紫外可见光谱扫描，找出其最大吸收处。在控制电压为15V时每隔20min测定pH值和吸光度，对电解处理后的染料废水进行过滤，再将其干燥，用傅立叶红外分光光度计作红外分析。取少量的过滤后的滤液加入几滴0.1mol/L KSCN溶液出现血红色，说明其中含有Fe3+离子，并去少量经干燥过的沉淀加入0.1mol/L HCl稀释，同样加入几滴0.1mol/L KSCN溶液也出现血红色，可知沉淀中有Fe3+离子。故可以推出发生的电极反应。 2.2、电极反应 根据实验现象认为可能发生的电极反应如下： 阳极（氧化） 2H2O－2e→2OH. +2H+ OH－－e→OH. (碱性条件下) Fe－2e→Fe2+ Fe－3e→Fe3+ 阴极（还原） 2H2O+2e→H2+2OHˉ 当然废水溶液中还存在这样的化学反应： Fe2++2OHˉ→Fe(OH)2 Fe3++3OHˉ→Fe(OH)3 2.3、条件的优化： 对于支持电解质的加入的量一般是5~10g/L。若在电解过程中加入过多的氯化钠则会使反应的电流密度过大，从而消耗过多的电量，反之加入的过少有机物降解的速度太慢且不彻底，影响实验结果。经过多次实验表明电解电压应控制在10V而总电压则在15左右，电极件的距离为15cm左右。流量应控制在0.75dm3/min以下。[5] 2.4、反应机理 电解时在废水中加少量的氯化钠固体作为支持电解质。在碱性条件下电解时阳极上的氢氧根失去一个电子可以生成的羟基自由基，是强亲电基团，容易进攻电子云密度较高的环类有机物，使之开环降解而脱色[4]。同时阳极上生成的F