低频超声内电解联用降解偶氮染料酸性红B研究

论文摘要

有毒有害、难生物降解有机物是造成当前环境污染的主要原因之一,也是环境科学与工程领域备受关注的研究对象。偶氮染料色谱齐全,应用广泛,由于其性质稳定,目前采用传统的废水处理方法难以达标排放。利用超声降解水中的化学污染物,尤其是难降解的有机污染物是近年来发展起来的一项新型水处理技术。它集高级氧化技术、焚烧、超临界氧化等多种水处理技术的特点于一身,反应条件温和、降解速度快、适用范围广,可以单独或与其他水处理方法联合使用,是一种很有发展潜力和应用前景的技术。自20世纪90年代初,超声波作为一种处理手段,已被用于多种水中有机污染物（多为毒性有机物）的超声空化降解研究,并获得较好的处理效果。内电解技术也被广泛用来处理染料废水并获得较高脱色效果,但处理效率有待于进一步提高。本文阐述了印染废水对水环境造成的危害,并对其基本处理方法进行了评述,着重总结了国内外利用超声,内电解和超声-内电解联用降解有机污染物的现状和应用前景。考察了超声波、内电解及超声波/内电解联用对酸性红B（Acid Red B,ARB）模拟废水的处理效果,通过对比降解过程中染料浓度的变化,探讨了超声波/内电解协同处理ARB的可行性。结果表明:单独超声处理时,ARB降解缓慢,经10 min辐射后,ARB的去除率不足4.7%;内电解法降解ARB速率较慢,ARB的去除率仅为49.9%;超声波/内电解联合作用对降解ABR有明显的协同效应,分解率达90%以上。采用单因素和正交设计试验研究了几种主要相关因素对染料废水脱色的影响,影响因素的大小次序是:pH值＞温度＞铁屑粒径＞反应时间;优化工艺条件为:pH为6.0、反应时间为8.0min、温度为35℃、铁屑粒径0.1～0.9mm。在此条件下,ARB去除率达到95.0%。通过UV-vis光谱研究了ARB废水在US-内电解过程中的矿化程度,ARB的三处吸收峰分别为218 nm,317 nm and 515 nm。其矿化程度可以通过测定三处吸收峰的降低和总有机碳去除率确定。经20min反应后,三处吸收峰分别降低了37.6,46.8和97.5%,总有机碳去除率为43.2%,COD去除率为40.0%,这说明US/内电解使酸性红B产生了显著的矿化。采用LC-MS技术对US-内电解联用处理ARB废水的可能降解产物进行了分析。对降解反应动力学进行了分析,建立了动力学模型,并对动力参数进行了估算。铁屑内电解直接作用和超声波协同内电解降解ARB均符合一级反应动力学过程。单独内电解反应速率常数为7.50×10-2min-1。在频率为59 kHz、功率分别为175 W和250 W的超声波协同作用下,其一级反应速率常数分别为2.04×10-1和2.54×10-1min-1。ARB降解的表观反应速率常数比单独内电解法分别提高了2.72倍和3.38倍。半衰期相应缩短。上述结果证明了超声大大强化了铁屑内电解的处理效果。对ARB而言,在染料的可见光区脱色是首先进行的,偶氮中萘环的降解要比脱色慢,总之,低频超声内电解联用工艺操作简便、快捷,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 选题背景
• 1.2 印染废水来源、组成及特点
• 1.3 印染废水对水环境的危害及影响
• 1.4 印染废水处理技术现状
• 1.5 研究目的、意义和内容
• 2 超声降解、内电解法和US/内电解理论基础及应用
• 2.1 超声降解技术
• 2.2 铁屑法对印染废水的脱色机理及影响因素
• 2.3 超声-内电解法氧化技术
• 3 试验设计及方法
• 3.1 试验设计
• 3.2 试验材料和方法
• 3.3 分析测试方法
• 4 结果与讨论
• 4.1 单独超声对ARB降解的影响
• 4.2 超声波、内电解法单独作用与协同作用的比较
• 4.3 US/内电解法协同作用单因素试验
• 4.4 US/内电解法协同作用正交试验研究
• 4.5 US/内电解法反应前后的紫外可见光谱扫描及酸性红B矿化分析
• 4.6 酸性红B降解产物分析
• 4.7 US/内电解技术去除含酸性红B染料废水动力学研究
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历