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原位电生成活性氯氧化降解脱色蒽醌染料

杨蕴哲  
【摘要】:染料废水具有组成复杂、色度高,COD、TOC含量高,悬浮物多,水质、 水量变化大,难降解物质多等特点,是难处理工业废水之一。电化学水处理方 法作为一种环境友好技术,具有无需或少量投加化学药剂并无污泥的累积,多 功能性,高的能量效率,便于自动化,处理设备简单等优点,在染料废水处理 领域,越来越受到人们的重视。目前,采用电化学方法处理处理偶氮染料的研 究较多,而对染料品种中的第二大类染料-葸醌染料处理的研究尚不多见。 本文针对一种葸醌染料活性艳蓝KN-R(C.I.Rcactive Blue 19) ,采用间接电 化学氧化方法进行处理。以该染料在紫外和可见光区内的两个特征吸收波长下 的吸光度为主要测定指标(以最大可见波长592nm处的吸光度A592表征染料 的脱色;以255nm处的吸光度A255表征染料芳环结构的氧化降解),对该染料 的脱色及其芳环结构的氧化降解过程进行了同步实验分析。分别在有隔膜和无 隔膜电解槽中,以形稳电极为阳极、石墨为阴极,在恒电位和恒电流两种模式 下,考察了电极电位、电流密度、氯化钠浓度、染料浓度、溶液初始pH值、 温度、支持电解质硫酸钠浓度对该种葸醌型染料脱色及其母体芳环结构氧化降 解效果的影响;对其氧化降解脱色的机理进行了初步的探讨。在重点考察阳极 对染料脱色及其芳环结构氧化降解效果影响的同时,对阴极作用的影响也进行 了分析。 实验结果表明,在有隔膜电解槽中,在电极电位E=1. 13V、0. 1mol/L Na2SO4、 0. 5mol/L NaCl、0. 1mmol/L活性艳蓝KN-R、初始pH=6. 4、 T=30℃的 条件下,经4h的电解,A592可达100%的降低说明染料达到100%的脱色;而 A255有40%左右的降低说明染料芳环结构受到一定程度的破坏,其能耗为 0. 12(kWh/m3) ;在电流密度为15A/m2、 0. 1 mol/L Na2SO4、 0. 2mol/L NaCl、 0. 1mmol/L活性艳蓝KN-R、初始pH=6. 4、 T=30℃的条件下,经4小时的电解, 可使染料达到100%的脱色,染料芳环结构的降解可达到45%左右,其能耗为 0. 19(kWh/m3) 。在无隔膜电解槽中,在电流密度为15A/m2、 0. 1 mol/L Na2SO4、 0. 2mol/L NaCl、0. 1mmol/L活性艳蓝KN-R、初始pH=6. 4、 T=30℃的条件下, 经6小时的电解,可使染料达到90%左右的脱色,染料芳环结构的降解可达到 32%左右,其能耗为0. 27(kWh/m3) 。 在上述各条件下的整体电氧化过程中,电解液均未发生矿化;染料的脱色 及其芳环结构氧化降解过程均遵循准一级动力学,且染料脱色的速率常数要高 于染料芳环结构氧化降解速率常数,即染料的脱色比染料苯环结构的氧化降解 要容易进行;间接电氧化在染料的氧化降解脱色过程中起主导作用,直接电氧 化作用不显著。 在有隔膜电解槽及恒电位模式下,电极电位、氯化钠浓度、电解液的初始 pH值、染料浓度是影响染料脱色及其芳环结构氧化降解的主要因素,而温度 和支持电解质浓度影响不大;在有隔膜电解槽及恒电流模式下,电流密度、氯 摘要 化钠浓度、温度、染料浓度是影响染料脱色及其芳环结构氧化降解的主要因素, 而电解液的初始pH值和支持电解质浓度影响不大;在无隔膜电解槽及恒电流 模式下,电流密度、氯化钠浓度、电解液的初始pH值、温度、染料浓度是影 响染料脱色及其芳环结构氧化降解的主要因素,而支持电解质硫酸钠浓度的影 响不大。 在本实验条件下,阴极作用对活性艳蓝KN一R及其芳环结构影响不大。 对于染料的脱色而言,在有隔膜电解槽中的脱色效果要好于无隔膜电解 槽,但随电流密度的增加,两者间的差别减少;对于染料母体芳环结构的降解 而言,所不同的是,当电流密度超过ZOA/mZ,在无隔膜电解槽中的染料母体 芳环结构的降解虽在反应初始时低于有隔膜电解槽,但在反应后期要好于有隔 膜电解槽。另外,随氯化钠浓度的增加,在有隔膜电解槽和无隔膜电解槽中, 染料的脱色及其母体芳环结构的降解的差别减小。 强碱性条件下,不利于采用无隔膜电解槽降解脱色染料废水。在不同电流 密度下,无隔膜电解槽的能耗均比有隔膜电解槽的能耗高。 关键词:染料废水;葱醒染料;脱色;间接电氧化;恒电位;恒电流;形稳电 极


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