光電催化及吸附-電化學(xué)聯(lián)合技術(shù)處理難降解廢水研究.pdf

1、含酚廢水和印染廢水等難降解有機廢水的治理一直是廢水處理中的難題,也是當今水處理領(lǐng)域極其活躍的研究課題。電化學(xué)技術(shù)作為高級氧化技術(shù)之一,具有設(shè)備簡單、易于控制、反應(yīng)溫和、無二次污染等優(yōu)點,具有良好的前景。雖然電化學(xué)技術(shù)處理難降解有機廢水研究已取得一定進展,但是對于電化學(xué)氧化與光催化、吸附等技術(shù)耦合處理難降解有機廢水的研究較少。
　　 本文采用直接陰極電沉積和陽極氧化法分別制備Fe2O3、CuO、NiO復(fù)合TiO2納米管(ZiO2-

2、NTs)光電催化陽極,并對其表面形貌及光電特性進行了表征。以復(fù)合電極為陽極,重點考察了光電催化技術(shù)處理含酚廢水和甲基橙廢水的影響因素和反應(yīng)機理,并對苯酚廢水資源化進行了初步研究。為進一步降低成本,以活性炭纖維為電極,采用吸附一電催化聯(lián)合技術(shù)處理含酚廢水,對活性炭纖維吸附特性進行了研究,建立了吸附一電催化技術(shù)下苯酚廢水CODCr降解的反應(yīng)動力學(xué)模型。研究取得了以下成果:
　　 (1)成功制備了Fe2O3改性TiO2-NTs(Fe2

3、O3/TiO2-NTs)復(fù)合電極、CuO改性TiO2-NTs(CuO/TiO2-NTs)復(fù)合電極和NiO改性TiO2-NTs(NiO/TiO2-NTs)復(fù)合電極,將純TiO2納米管的光響應(yīng)區(qū)間拓寬到可見光區(qū)域。以復(fù)合電極為陽極,采用光電催化技術(shù)處理苯酚廢水,考察了電極材料、氧化電壓、溶液初始pH值、光源、氧氣等因素對苯酚去除率和苯醌收率的影響。在以Fe2O3/TiO2-NTs為陽極,銅片為陰極,碘鎢燈為光源,pH=5,氧化電壓為10V時

4、,苯酚去除率達到99％。光電催化技術(shù)和光催化、電催化技術(shù)對苯酚廢水的降解結(jié)果表明,光電催化技術(shù)的苯酚去除率遠遠高于電催化技術(shù)和光催化技術(shù)?？疾毂椒庸怆姶呋到鈾C理發(fā)現(xiàn),光電催化過程中產(chǎn)生的羥基自由基和空穴首先與苯環(huán)發(fā)生加成反應(yīng),產(chǎn)生苯醌和對苯二酚,然后苯環(huán)進一步被氧化開環(huán),產(chǎn)生順丁烯二酸;順丁烯二酸被進一步氧化,生成更小分子的有機物或被礦化。研究了苯酚光電催化選擇性氧化為苯醌的實驗條件,結(jié)果表明苯醌收率最大的條件是CuO/TiO2-NT

5、s為陽極,銅片為陰極,紫外光為光源,溶液pH=5,氧化電壓為15V;苯酚選擇性最大的條件是CuO/TiO2-NTs為陽極,銅片為陰極,無光照,溶液pH=5,氧化電壓為15V。
　　 (2)以Fe2O3/TiO2-NTs、CuO/TiO2-NTs和NiO/TiO2-NTs復(fù)合電極為陽極,光電催化處理甲基橙廢水,考察了電解質(zhì)濃度、溶液初始pH值、氧化電壓、光源、氧氣等因素對甲基橙的脫色的影響。增加電解質(zhì)濃度,可增加甲基橙脫色率。在p

6、H=3時,甲基橙的脫色率最大。15V時,甲基橙脫色率遠遠高于10V?？梢姽鈼l件下光電催化有利于甲基橙的脫色。對比光電催化和電催化技術(shù),光電催化技術(shù)下的甲基橙脫色率遠遠高于電催化技術(shù)。對甲基橙溶液進行紫外可見吸收光譜掃描發(fā)現(xiàn),反應(yīng)時偶氮鍵與苯環(huán)所形成的共軛體系首先受到破壞,使溶液顏色褪去;在紫外區(qū)有吸收的一些基團被破壞的速度較慢。分析了甲基橙光電催化脫色機理,酸性條件下,甲基橙以偶氮式和醌式兩種形態(tài)存在。當以偶氮式結(jié)構(gòu)存在時,苯環(huán)首先與羥

7、基自由基發(fā)生加成反應(yīng),然后與H+發(fā)生反應(yīng),將甲基橙分子分解成兩個小分子,小分子還帶有發(fā)色基團。小分子再與羥基自由基發(fā)生奪氫反應(yīng),破壞發(fā)色基團;而以醌式結(jié)構(gòu)存在時,與苯環(huán)相連的碳氮雙鍵與H+發(fā)生加成反應(yīng),破壞發(fā)色團,使甲基橙脫色。
　　 (3)研究了吸附-電化學(xué)聯(lián)合技術(shù)對苯酚廢水的處理效果,結(jié)果表明吸附一電催化聯(lián)合作用可以顯著提高苯酚的去除率。電流強度、電解質(zhì)種類對苯酚廢水CODCr去除率有一定影響。電流強度為0.6 A時,COD

8、Cr去除率和電流效率都最高,能量消耗低。以NaCl為電解質(zhì)時苯酚廢水的CODCr去除率明顯高于以Na2SO4為電解質(zhì)時的去除率。在以活性炭纖維為陰極的吸附電催化中,通入氧氣有利于苯酚的降解。pH值為3時苯酚CODCr去除率最高。溶液初始濃度越低,CODCr的去除率越高。對活性炭纖維進行微波改性,有利于苯酚去除?；钚蕴坷w維的等溫吸附曲線符合Freundlich等溫式。建立了吸附-電催化聯(lián)合作用下苯酚廢水CODCr降解的反應(yīng)動力學(xué)模型,較好