本文關(guān)鍵詞：含氯鹽廢水中染料電化學(xué)氧化降解歷程研究

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【摘要】：目前,染料種類眾多,且每年廢水產(chǎn)生量超過(guò)7×105噸,其高有機(jī)物含量、高鹽度、高色度、難降解、高毒性及致畸性使染料廢水成為我國(guó)難以治理的工業(yè)廢水之一。傳統(tǒng)的物化方法不能將染料廢水有效降解,其高鹽度、高毒性也制約著生物方法的應(yīng)用,所以研究能利用其高含量鹽的環(huán)境友好型電化學(xué)氧化法成為處理染料廢水的一個(gè)重要課題。探索染料分子電化學(xué)氧化法的降解產(chǎn)物及歷程對(duì)于處理染料廢水具有重要的理論和實(shí)踐意義。本研究針對(duì)含氯鹽廢水中偶氮類染料和蒽醌類染料電化學(xué)氧化處理中存在的降解效率問(wèn)題。選取偶氮類染料甲基橙、酸性大紅3R、直接深棕和蒽醌類染料活性艷藍(lán)X-BR為研究對(duì)象,以鍍有uO2-IrO2-SnO2的尺寸穩(wěn)定型陽(yáng)極(dimensionally stable anode, DSA)為陽(yáng)極電極材料,采用電化學(xué)氧化法研究了單一或混合染料的降解歷程。探討了電流密度、pH、極板間距等控制參數(shù)對(duì)電化學(xué)氧化法降解效果的影響,并對(duì)電極板的表面特征和電化學(xué)氧化行為進(jìn)行了表征,采用紫外-可見(jiàn)(ultraviolet-visible, UV-Vis)分光光度法、傅里葉紅外(Fourier Transform Infrared, FTIR)分光光度法、三維熒光光譜法(three-dimension excitation emission matrix fluorescence spectroscopy,3DEEM)、液相色譜-質(zhì)譜(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)聯(lián)用等技術(shù)對(duì)電化學(xué)氧化降解的產(chǎn)物進(jìn)行了定性分析,得出以下結(jié)論：電流密度對(duì)染料電化學(xué)氧化的降解效果影響較大。電流密度不同,可能導(dǎo)致電解產(chǎn)生的中間產(chǎn)物不同,選取甲基橙和酸性大紅3R的最佳電流分別為50mA/cm2和 25mA/cm2;初始溶液pH值和極板間距對(duì)染料電化學(xué)氧化的降解效果影響相對(duì)較小,確定最佳極板間距為2cm；特制DSA電極表面平整,晶體牢固,有很好的負(fù)載性、穩(wěn)定性及析氯選擇特性,DSA電極在四種染料中以陽(yáng)極析氯反應(yīng)為主,而在甲基橙中同時(shí)存在直接氧化和間接析氯氧化。確定較優(yōu)工藝參數(shù)后,對(duì)單一染料進(jìn)行電化學(xué)氧化降解,并分析pH值、色度去除率、化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD)及總有機(jī)碳(Total Organic Carbon, TOC)等指標(biāo)的變化機(jī)理及規(guī)律。三種偶氮染料的pH值在反應(yīng)前期變化較大,最后pH值均在8左右,蒽醌類染料活性艷藍(lán)X-BR pH值在3左右,變化幅度很小而且緩慢。pH值會(huì)影響活性氯存在狀態(tài),活性氯物質(zhì)“HClO”和“ClO-”比“Cl2”在含氯鹽廢水電化學(xué)氧化時(shí)更具催化活性,進(jìn)而獲得更高COD及TOC去除率；電化學(xué)氧化對(duì)染料的色度去除效果很好,染料結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單,發(fā)色基團(tuán)越容易被破壞,蒽醌類結(jié)構(gòu)比苯環(huán)共軛體系結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定；低分子有機(jī)酸的加入與難降解有機(jī)物形成協(xié)同作用,促進(jìn)難降解組分的去除,排除了草酸等低分子降解產(chǎn)物導(dǎo)致染料電化學(xué)氧化反應(yīng)終止的可能。最后,分析了不同結(jié)構(gòu)偶氮染料和蒽醌染料的反應(yīng)機(jī)理和降解產(chǎn)物,并總結(jié)了其降解規(guī)律。UV-Vis圖譜表明染料最大特征吸收峰隨反應(yīng)時(shí)間逐漸降低直至消失,并出現(xiàn)新的特征峰,表明有新的降解產(chǎn)物生成。從IR圖譜、3DEEM圖譜和MS圖譜中進(jìn)一步證明染料分子結(jié)構(gòu)中的不飽和鍵發(fā)生改變,從而達(dá)到了脫色的目的；三種偶氮染料在反應(yīng)開(kāi)始時(shí),沒(méi)有熒光特征峰,是因?yàn)榕嫉I吸收了熒光測(cè)定時(shí)的電子能量,但降解產(chǎn)物的熒光位置在反應(yīng)180min后基本保持不變,三者共有的熒光峰位置(EX/EM:320-340nm/380-430nm)屬于可見(jiàn)類富里酸區(qū),表明降解產(chǎn)物穩(wěn)定化程度高,活性艷藍(lán)X-BR在反應(yīng)中沒(méi)有出現(xiàn)熒光峰；電化學(xué)氧化會(huì)破壞偶氮染料的-N=N-和蒽醌染料的-C=N-C=,同時(shí)Cl-的存在會(huì)抑制苯環(huán)的開(kāi)環(huán),萘環(huán)和蒽醌結(jié)構(gòu)不易被電化學(xué)氧化破壞。降解產(chǎn)物為具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的中間產(chǎn)物,但沒(méi)有檢測(cè)到氯代產(chǎn)物,中間產(chǎn)物的鑒定和Cl-存在導(dǎo)致抑制的原因仍是難點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：含氯廢水 染料 電化學(xué)氧化 降解歷程
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 電極材料及有機(jī)物電化學(xué)氧化機(jī)理機(jī)制的研究12-16
• 1.1.1 電極材料的研究進(jìn)展12-13
• 1.1.2 有機(jī)污染物電化學(xué)氧化的機(jī)理機(jī)制13-16
• 1.2 染料廢水電化學(xué)氧化研究進(jìn)展16-18
• 1.2.1 染料廢水的來(lái)源、特點(diǎn)及危害16
• 1.2.2 染料廢水的處理研究現(xiàn)狀16
• 1.2.3 電化學(xué)氧化處理染料廢水研究進(jìn)展16-18
• 1.2.4 染料降解歷程研究進(jìn)展18
• 1.3 本論文的研究意義、內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)18-22
• 1.3.1 研究意義18-19
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.3.3 技術(shù)路線21
• 1.3.4 創(chuàng)新點(diǎn)21-22
• 2 染料廢水電化學(xué)氧化法的控制參數(shù)及極板性能研究22-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法22-25
• 2.1.1 控制參數(shù)對(duì)電化學(xué)氧化染料的影響實(shí)驗(yàn)22-24
• 2.1.2 染料電化學(xué)氧化機(jī)理與極板性能實(shí)驗(yàn)24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論25-34
• 2.2.1 電流密度對(duì)染料電化學(xué)氧化的影響25-30
• 2.2.2 初始溶液pH值對(duì)染料電化學(xué)氧化的影響30-31
• 2.2.3 極板間距對(duì)染料電化學(xué)氧化的影響31
• 2.2.4 不同染料廢水對(duì)極板極化曲線的影響31-32
• 2.2.5 極板在電解前后的SEM及EDS分析32-34
• 2.3 本章小結(jié)34-35
• 3 電氧化幾種典型染料的降解效果研究35-46
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法35-36
• 3.1.1 電化學(xué)氧化單一染料的降解效果實(shí)驗(yàn)35
• 3.1.2 不同比例的草酸與染料的混合溶液電解效果實(shí)驗(yàn)35-36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論36-44
• 3.2.1 單一染料廢水電解過(guò)程中的pH變化36-37
• 3.2.2 單一染料廢水電解過(guò)程中的色度變化37-38
• 3.2.3 單一染料廢水電解過(guò)程中COD和TOC的變化38-39
• 3.2.4 不同比例的草酸與染料的混合溶液電解效果分析39-44
• 3.3 本章小結(jié)44-46
• 4 電氧化幾種典型染料的降解歷程分析46-71
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法46-49
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)中所用主要儀器46
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)方法46-49
• 4.2 電化學(xué)氧化染料降解歷程分析49-69
• 4.2.1 甲基橙降解歷程分析49-54
• 4.2.2 酸性大紅3R降解歷程分析54-60
• 4.2.3 直接深棕降解歷程分析60-65
• 4.2.4 活性艷藍(lán)X-BR降解歷程分析65-69
• 4.3 本章小結(jié)69-71
• 5 結(jié)論與展望71-73
• 5.1 結(jié)論71-72
• 5.2 展望72-73
• 致謝73-75
• 參考文獻(xiàn)75-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間公開(kāi)發(fā)表的論文82-83

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