隔膜电解槽阴极区降解有机物的研究

论文摘要

本文采用隔膜电解槽法,以硝基苯和罗丹明B为研究对象,研究了电解过程中阴极区的降解过程.并分别研究了阴极区在有溶解氧和无溶解氧条件下的降解情况。另外,作为对比实验,研究了研究区降解罗丹明B的情况。用硝基苯为研究对象,研究了阴极区OH以及H与硝基苯的反应机理。研究结果表明:通过实验表明,电解过程中硝基苯以及它的电解产物的挥发量很少,这些有机物的挥发而导致电解液中COD的减少可以忽略不计;同时,本实验采用的隔膜的隔离效果良好,在有电流的情况下,能有效地防止了有机物的滲透。在电解液罗丹明B初始浓度为50 mg/L,电解液初始pH=5.3,电解质Na2SO4浓度1g/L,外加电压20 V以及电解时间2 h的条件下,有溶解氧电解时,罗丹明B的脱色率和CODCr去除率分别为45%和21%,相比于无溶解氧条件下的40%和15%。在硝基苯初始浓度120 mg/L,外加电压20 V,初始pH=5.3,电解质Na2SO4浓度0.025 mol/L以及电解时间2 h的条件下,有溶解氧时,阴极区硝基苯CODCr去除率为36%,而无溶解时则为16%。硝基苯和罗丹明B的电解降解基本都是准一级反应。各影响因素对有机物的降解有着不同的影响:随着外加电压的增加,有机物的去除率有显著的增加;在低浓度范围内,随着电解液初始浓度的增加,有机物的去除率也在增加;不同电解液初始pH条件下,有机物的降解效果为:强酸＞弱酸和弱碱＞强碱,并且,在弱酸或弱碱范围内,电解液初始pH对有机物的降解几乎没有影响;随着电解质浓度的增加,有机物的去除率先快速增加,然后再缓慢减少。有机物在阴极区的电解降解机理为:电解时,水中的H+得到电子,变成H,H原子与电解液中的氧分子快速发生反应,生成强氧化性的HO2和OH,或H直接与硝基苯反应生成C6H5NO2-H adduct;生成的OH大部分能与硝基苯发生反应生成C6H5NO2-OH adduct,C6H5NO2-OH adduct又能与O2进一步作用生成C6H5NO2-OHO2,而C6H5NO2-H、C6H5NO2-OH和C6H5NO2-OHO2均十分不稳定,它们都将迅速发生转化。其中C6H5NO2-H有可能进一步生成苯胺、联苯类还原性物质,C6H5NO2-OH和C6H5NO2-OHO2的后续反应则可能生成氧化态的物质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 有机废水降解技术现状及进展
• 1.2 电化学法处理有机废水的研究动态及其机理
• 1.2.1 电化学法处理有机废水的基本原理
• 1.2.2 电化学法处理有机废水的研究动态
• 1.3 阴极电还原的研究
• 1.4 本研究的内容和意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究对象的选择
• 1.4.3 研究意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验试剂与实验仪器
• 2.2 电解装置
• 2.2.1 隔膜电解池的结构设计
• 2.2.2 电解装置及实验方法
• 2.3 压片装置
• 2.4 分析方法
• 第三章 电极材料的选择
• 3.1 阳极材料的选择
• 3.1.1 铜、铁、铝和钛等金属作阳极
• 3.1.2 石墨作阳极
• 2作为阳极'>3.1.3 β-PbO₂作为阳极
• 3.2 阴极材料的选择
• 2电极制备及其性能表征'>3.3 β-PbO₂电极制备及其性能表征
• 2电极的制备'>3.3.1 β-PbO₂电极的制备
• 2电极的表面结构表征'>3.3.2 β-PbO₂电极的表面结构表征
• 2电极抗腐蚀性能表征'>3.3.3 β-PbO₂电极抗腐蚀性能表征
• 2电极的晶型表征'>3.3.4 β-PbO₂电极的晶型表征
• 3.4 本章小结
• 第四章 隔膜电解法降解罗丹明B模拟废水的研究
• 4.1 电解槽隔膜效果的研究
• 4.2 阳极区罗丹明B模拟废水的电解
• 4.2.1 外加电压对阳极区罗丹明B降解的影响
• 4.2.2 罗丹明B初始浓度对其在阳极区降解的影响
• 4.2.3 电解时间对阳极区罗丹明B降解的影响
• 4.2.4 电解液初始pH值对阳极区罗丹明B降解的影响
• 4.2.5 电解质浓度对阳极区罗丹明B降解的影响
• 4.3 有溶解氧条件下阴极区罗丹明B降解的研究
• 4.3.1 外加电压对阴极区降解罗丹明B的影响
• 4.3.2 电解液初始pH值对阴极区降解罗丹明B的影响
• 4.3.3 电解时间对阴极区罗丹明B降解的影响
• 4.3.4 支持电解质浓度对阴极区降解罗丹明B的影响
• 4.4 无溶解氧条件下阴极区降解罗丹明B的研究
• 4.5 阴极区罗丹明B的电解产物分析
• 4.5.1 有溶解氧条件下阴极区罗丹明B的电解产物分析
• 4.5.2 无溶解氧条件下阴极区罗丹明B的电解产物分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 用硝基苯研究隔膜电解槽降解的机理
• 5.1 有氧条件下阴极区降解硝基苯的影响因素
• Cr降解的影响'>5.1.1 外加电压对阴极区硝基苯COD_Cr降解的影响
• Cr降解的影响'>5.1.2 电解液初始pH对阴极区硝基苯COD_Cr降解的影响
• Cr降解的影响'>5.1.3 电解时间对阴极区硝基苯COD_Cr降解的影响
• Cr降解的影响'>5.1.4 电解质浓度对阴极区硝基苯COD_Cr降解的影响
• Cr降解的影响'>5.1.5 硝基苯初始浓度对阴极区硝基苯COD_Cr降解的影响
• 5.2 无氧条件下阴极区降解硝基苯的研究
• Cr去除原因分析'>5.3 阴极区硝基苯COD_Cr去除原因分析
• 5.3.1 硝基苯在电解过程中的挥发
• 5.3.2 硝基苯从阴极区渗透到阳极区的研究
• 5.4 阴极区硝基苯电解产物分析
• 5.5 反应机理研究
• 5.5.1 OH与硝基苯反应
• 5.5.2 H和OH共存时与硝基苯反应
• 5.5.3 阴极降解机理
• 5.6 本章小结
• 第六章 电解-生物法处理印染废水的应用初探——常州东来染织公司印染废水的处理
• 6.1 背景介绍
• 6.2 工艺流程及其处理效果
• 第七章 结论与建议
• 7.1 研究结果汇总
• 7.2 对后续研究的建议
• 参考文献
• 附录:攻读硕士学位期间论文发表情况
• 致谢