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(邢臺(tái)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站河北邢臺(tái)054000)
偶氮染料廢水電解優(yōu)化處理研究
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(邢臺(tái)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站河北邢臺(tái)054000)
本研究以具有典型偶氮結(jié)構(gòu)的單偶氮染料酸性橙Ⅱ?yàn)檠芯繉?duì)象,以電解技術(shù)為核心,開(kāi)展電解工藝的優(yōu)化強(qiáng)化處理難降解偶氮染料的系統(tǒng)性研究,達(dá)到電解工藝參數(shù)的優(yōu)化及強(qiáng)化電化學(xué)方法降解難降解有機(jī)物的目的,促進(jìn)和改善該技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。
電化學(xué);酸性橙Ⅱ;優(yōu)化
染料廢水具有成分復(fù)雜,排放量大,難于生物降解等特點(diǎn),直接危害著環(huán)境和人類(lèi)的健康,成為環(huán)境重要污染源之一[1]。處理染料廢水的方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法[2]及這些方法的組合。目前電化學(xué)技術(shù)作為一種環(huán)境友好技術(shù),在含染料廢水處理領(lǐng)域,已成為一類(lèi)具有競(jìng)爭(zhēng)力的廢水處理方法,與其它水處理技術(shù)相比,具有無(wú)需或少量投加化學(xué)藥,不產(chǎn)生二次污染,后處理簡(jiǎn)單,占地面積小,管理方便等優(yōu)點(diǎn)[3]。
本研究以典型難處理物偶氮染料酸性橙Ⅱ?yàn)槟P突衔?,以電解技術(shù)為核心,開(kāi)展電解工藝的優(yōu)化強(qiáng)化處理,促進(jìn)和改善該技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。
2.1實(shí)驗(yàn)裝置
由恒電位儀、電解槽和電極組成。電解槽為有機(jī)玻璃圓柱形反應(yīng)器,直徑為5cm,高為7cm,體積為50mL,兩電極均為鉑電極,形狀大小一致,面積為2cm2。
2.2實(shí)驗(yàn)方法
配制系列濃度的酸性橙Ⅱ電解溶液,以Na2SO4為電解質(zhì),調(diào)節(jié)溶液的pH值,反應(yīng)體積為50mL,在不同的電解條件下配制不同濃度的染料溶液,通過(guò)調(diào)節(jié)磁力攪拌器進(jìn)行攪拌,調(diào)節(jié)不同電流密度,每隔0.5h取樣測(cè)溶液的吸光度,并記錄數(shù)據(jù)。
2.3酸性橙Ⅱ特性
偶氮染料酸性橙Ⅱ電解液呈橙黃色,分子結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
圖1 酸性橙Ⅱ的分子結(jié)構(gòu)
3.1電解時(shí)間的影響
酸性橙Ⅱ溶液的濃度20mg/L,溶液體積50mL,電解質(zhì)(Na2SO4)濃度0.1mol/L,極板間距為30mm,以脫色率為評(píng)價(jià)指標(biāo),不同電解時(shí)間對(duì)染料脫色影響,見(jiàn)圖2。
圖2 電解不同時(shí)間對(duì)染料的降解脫色曲線
結(jié)果表明,最佳電解時(shí)間為3h。
3.2極板間距的影響
酸性橙Ⅱ溶液濃度為20mg/L,電流密度為50mA/cm2,溶液體積為50mL,電解質(zhì)(Na2SO4)濃度為0.1mol/L,電解時(shí)間為3h,以脫色率為評(píng)價(jià)指標(biāo),不同極板間距對(duì)染料脫色的情況,見(jiàn)圖3。
圖3 不同極板間距對(duì)染料降解脫色曲線
結(jié)果表明,30mm為最佳的電解極板間距。
3.3電流密度的影響
酸性橙Ⅱ溶液濃度為20mg/L,溶液體積為50mL,電解質(zhì)(Na2SO4)濃度為0.1mol/L,極板間距為30mm,電解時(shí)間為3h,不同電流密度(J)對(duì)染料酸性橙Ⅱ脫色情況,見(jiàn)圖4。
圖4 不同電流密度對(duì)染料降解脫色的影響曲線
結(jié)果表明:最佳電流密度為50mA/cm2。
3.4電解質(zhì)濃度的影響
以Na2SO4為電解質(zhì)的電化學(xué)體系中,在染料酸性橙Ⅱ溶液濃度為20mg/L,溶液體積為50mL,電流密度為50mA/cm2,極板間距為30mm,電解時(shí)間為3h的條件下,以脫色率和耗電量為評(píng)價(jià)指標(biāo),不同電解質(zhì)濃度對(duì)染料脫色情況,見(jiàn)圖5。
圖5 不同電解質(zhì)濃度對(duì)染料降解脫色的影響曲線
結(jié)果表明:電解質(zhì)濃度為0.1mol/L為最佳條件。
3.5染料的初始濃度的影響
電流密度為50mA/cm2,溶液體積為50mL,電解質(zhì)(Na2SO4)濃度為0.1mol/L,極板間距為30mm,電解時(shí)間為3h,不同染料初始濃度的脫色情況見(jiàn)圖6。
圖6 不同初始染料濃度的降解脫色曲線
結(jié)果表明:不同初始染料濃度在相同電解條件下降解脫色率沒(méi)太大變化,結(jié)合實(shí)際,本實(shí)驗(yàn)采用的染料酸性橙Ⅱ濃度為20mg/L。
3.6酸性橙Ⅱ降解的動(dòng)力學(xué)曲線
酸性橙Ⅱ溶液濃度為20mg/L,電解質(zhì)(Na2SO4)的濃度為0.1mol/L,溶液體積為50mL,極板間距為30mm,電解時(shí)間為3h,不同電流密度下染料酸性橙Ⅱ濃度與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行動(dòng)力學(xué)曲線擬合,如圖7所示。
圖7 不同電流密度對(duì)染料降解脫色的動(dòng)力學(xué)擬合曲線
綜上,隨著電流密度的增加,染料降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。
(1)電化學(xué)降解酸性橙Ⅱ的最佳條件為實(shí)驗(yàn)在酸性橙Ⅱ濃度20mg/L,溶液體積為50mL,電流密度45mA/cm2~60mA/cm2,電極極板間距為30mm,電解質(zhì)濃度范圍為0.05mol/L~0.1mol/L,酸性橙Ⅱ的去除率達(dá)到87.01%。(2)以Na2SO4做電解質(zhì)體系中,在不同電流密度條件下染料降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,并且隨著電流密度的增加,反應(yīng)速率常數(shù)增大。
[1]E.GILEADI.Electrode Kinetics for Chemists,Chemical Engineering andMaterialsScientists.NewYork:VCHPublishers,1993.
[2]楊惠芳.水污染防治及城市污水資源化技術(shù).北京:科學(xué)出版社, 1993:42-49.
[3]馮玉杰.電化學(xué)技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.