声辅助电催化处理水相氯酚的研究

论文摘要

氯酚废水毒性大、难以生物降解，是石油化工、农药等行业废水中常见的有机污染物，声辅助电催化技术具有高效、普适、环境友好等优点，应用前景良好。本文采用声辅助电催化技术降解水相氯酚，从工艺参数、活性物质成因及产率等角度，阐明了声电的协同效应及氯酚的降解机理，并建立了动力学模型，为该项技术处理氯酚废水提供理论依据和实验数据。电流密度、溶液初始pH值、电解质浓度、声能强度和超声频率影响着氯酚降解速率，且这种影响因氯取代基位置不同而表现出差异。实验结果表明，在电流密度为20 mA／cm2、pH 9.08、电解质浓度0.10mol／L、声能强度38.2 W／cm2和超声频率40 kHz时，邻氯酚、间氯酚和对氯酚的速率常数分别为2.702×10-4s-1、2.996×10-4s-1和3.014×10-4s-1。依据表观一级动力学速率常数获得的邻氯酚、间氯酚和对氯酚的增强因子分别为1.324、1.226和1.506，显示声电的协同效应。声辅助电催化体系产生的活性物质主要是羟基自由基。在电流密度20 mA／cm2、电解质Na2SO4投加量0.1 mol／L、pH值6.85、超声频率40 kHz、声能强度47.8 W／cm2时，捕获剂对羟基苯甲酸浓度2.0g／L测得的羟基自由基产生速率为1.67×10-2mg／（L·s），羟基自由基与输入反应器能量之间的关系式为k·OH=1.77×10-5mg／（L·s·W）。色谱分析表明，声辅助电催化降解邻氯酚的中间产物有2-氯-1，4-对苯醌、甲酸、乙酸、草酸、顺丁烯二酸等，依此推测邻氯酚降解经历了对位羟基化、开环、脱氯等过程。根据反应动力学方程和Langmuir表面吸附理论，建立了反应动力学模型，模型数值解与实验值总体吻合良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 研究内容及创新点
• 1.2.1 研究思路
• 1.2.2 研究内容
• 1.2.3 课题创新之处
• 第二章 文献综述
• 2.1 氯酚废水高级氧化方法
• 2.2 电催化氧化技术
• 2.2.1 电催化氧化技术原理及特点
• 2.2.2 目前国内外研究现状
• 2.2.3 电催化氧化的发展方向
• 2.3 声辅助电催化氧化技术
• 2.3.1 超声波氧化技术
• 2.3.2 声辅助电催化氧化技术
• 第三章 实验装置与分析方法
• 3.1 声辅助电催化实验装置
• 3.2 电极材料及特性
• 3.3 实验对象
• 3.4 分析方法
• 3.4.1 羟基自由基的测定
• 3.4.2 液相阴离子及低分子有机酸测定
• 3.4.3 氯酚分析
• 3.4.4 中间产物分析
• 3.5 主要药品及仪器
• 3.6 实验方案
• 第四章 声辅助电催化处理含氯酚废水的研究
• 4.1 氯酚模拟废水降解的影响因素
• 4.1.1 电流密度的影响
• 4.1.2 初始pH值的影响
• 4.1.3 电解质浓度的影响
• 4.1.4 声能强度的影响
• 4.1.5 超声频率的影响
• 4.2 氯酚分子结构对降解的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 声辅助电催化体系中活性物质成因及产率分析
• 5.1 羟基自由基的测定
• 5.1.1 羟基自由基测定机理分析
• 5.1.2 羟基自由基的产生及产率
• 5.1.3 羟基自由基产率与输入能量之间关系
• 5.2 本章小结
• 第六章 氯酚降解途径及反应动力学探讨
• 6.1 协同效应及电流效率研究
• 6.1.1 协同效应
• 6.1.2 电流效率
• 6.2 邻氯苯酚的降解途径
• 6.3 邻氯苯酚降解过程动力学模型
• 6.3.1 模型建立及简化
• 6.3.2 动力学模型数值计算
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.1.1 工艺参数分析
• 7.1.2 活性物质测定
• 7.1.3 协同效应研究
• 7.1.4 降解途径及动力学模型
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢
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