廢水中難降解有機物在不銹鋼不溶性電極上電化學行為研究.pdf

1、對難生物降解的有機廢水處理,電催化法是一種很有發(fā)展前景的高級氧化法。本課題組研發(fā)的不銹鋼不溶性電極及其電催化反應器可大大降低設備成本和提高電催化效率,已在制藥廢水等難降解廢水處理和回用中成功應用。為擴大電催化法的應用范圍和進一步提高效能,有必要從理論上更深入地研究廢水中的難降解有機物在不銹鋼不溶性電極上的電化學行為。
　　 以不銹鋼不溶性電極為工作電極,采用動電位掃描法研究了電解質溶液中抗生素等有機物在電極上的電化學行為,發(fā)現(xiàn)在

2、析氧電位以下會出現(xiàn)一個電流峰及相應的特征電位；特征電位值幾乎與有機物濃度無關,對于所選用多種有機物,特征電位值保持穩(wěn)定,僅隨著掃描速度的加快和溫度的下降而正移。在28℃,掃描速度2 mV／s的條件下,該特征電位從起始至終止的范圍為600-1050 mV,出現(xiàn)電流峰值的電位為920 mV左右。有機物濃度越大,特征電位所對應的電流峰越高；當電解質溶液中不含有機物時,電流峰及相應的特征電位消失。當用多種有機物進行試驗時,也發(fā)現(xiàn)了類似規(guī)律。根據(jù)

3、電位值不因所選用有機物種類而改變等現(xiàn)象推測,該電位值可能與羥基自由基的生成有關。該特征電位對電解質溶液中的有機物定量、羥基自由基的跟蹤及抑制電化學副反應有重大意義。
　　 然而,當以不銹鋼基不溶性電極為陽極處理苯酚廢水時,發(fā)現(xiàn)在電極表面形成黃褐色薄膜。通過陽極極化,循環(huán)伏安,恒電流電解氧化等手段,對成膜行為進行了研究,表明陽極電極電位為1.45 V時反應效率最高,此時陰陽極板間電壓為2.5 V。通過紅外光譜分析,證明了成膜產(chǎn)物為

4、聚苯酚,產(chǎn)物中包含有大量羥基。聚苯酚分子的長鏈結構不僅有對位取代形成長鏈,而且會發(fā)生鄰位取代形成側鏈。利用聚苯酚產(chǎn)物部分溶于四氫呋喃的特性,對聚苯酚薄膜在使用四氫呋喃進行溶解清洗前后的結構進行SEM分析對比,提出苯酚聚合生長的線性與平面模型。中性水溶液條件下,聚苯酚主要按照平面生長模型,平行于電極表面逐層生長；每層聚苯酚中,以某些活性中心為聚合引發(fā)點,形成直徑為50納米的不規(guī)則薄片單元,薄片單元之間通過低聚物與未聚合單體相互連接。

5、>　　 研究了聚合物膜生成后對電極過程的作用,發(fā)現(xiàn)聚苯酚成膜對于不銹鋼在3.5％氯化鈉介質中耐點蝕能力有顯著提升。在相同反應條件下將部分苯酚換作苯胺,共同電聚合成膜,當溶液成分為0.09 mol／L苯酚和0.01mol／L苯胺時,電聚合成膜的抗點蝕能力最強,其點蝕電位上升至0.382 V,具有最佳耐氯離子腐蝕能力。通過紅外光譜對苯酚聚合物與苯酚苯胺共聚物進行分析比較,證明苯酚苯胺共聚產(chǎn)物中存在聚苯胺結構,并解釋耐蝕能力增強的因為。與聚

6、苯酚相比,共聚產(chǎn)物中存在更多芳環(huán)的1,2,4取代現(xiàn)象,說明其中生成了更多側鏈,使得產(chǎn)物成膜的結合更緊密。利用聚苯酚和聚苯胺在四氫呋喃中的部分溶解特性,使用SEM分析比較聚苯酚膜和苯酚苯胺共聚合膜表面形貌。0.09 mol／L苯酚和0.01 mol／L苯胺溶液下生成的苯酚苯胺共聚膜,由網(wǎng)狀聚苯胺構成空間骨架,其間填充聚苯酚,形成不易開裂且結構緊密的聚合物膜,提升成膜耐氯離子腐蝕能力。
　　 對電聚合處理苯酚廢水的進一步研究發(fā)現(xiàn),苯

7、酚濃度越高電聚合速率越快,但更高濃度的苯酚導致處理效果的下降,選用0.002 mol／L作為待處理苯酚廢水的濃度。槽電壓在2.9-3.1 V范圍內處理效果較好,為盡可能減少副反應,選取2.9 V為處理槽電壓。經(jīng)過電化學處理12 h后,苯酚電聚合成膜產(chǎn)物整體脫落,意味著苯酚基本從水中被除去。苯酚濃度由0.002 mol／L變?yōu)?.087 mmol／L,去除率95.6％,化學需氧量由500 mg／L變?yōu)镃OD為68 mg／L,去除率86.5