光电化学催化对水中染料的降解脱色研究

论文摘要

本文以高纯石墨电极、二氧化钛薄膜电极和甘汞电极,分别为阴极、阳极和参比电极,以125W高压汞灯为光源,研制出了具有“双极双效”的新型光-电-化学催化集成反应器。对新型反应器中阴、阳两极区的酸性大红3R等染料溶液的催化降解脱色进行了研究,系统的考察了影响染料催化降解的几种因素,如阴极电位、染料溶液初始pH及催化剂亚铁离子加入量等。在该新型催化反应器中,在紫外光和阳极偏压作用下,当阳极槽中的二氧化钛薄膜电极对水中酸性大红3R等产生光电催化降解脱色的同时,在一定条件下阴极槽中的染料也能被很好的催化降解和脱色,首次使阴阳两极同时降解有机物,实现了“双极双效”。该新型催化反应器的研制成功,使在原光电催化降解的基础上,大大提高了反应器对难降解有机物的催化降解效率。 在该新型催化反应器中,阳极偏压是降低二氧化钛薄膜阳极上“电子-空穴”对复合几率、提高阳极光电催化效率的原因,而阴极还原产生的过氧化氢及其与亚铁组成的电Fenton反应则是赋予阴极对有机物催化降解的关键所在。实验结果表明,在阴极液中支持电解质硫酸钠浓度为0.02mol·L-1、亚铁离子浓度为0.036mmol·L-1、溶液初始pH=3和阴极电位-Ec=0.66V的情况下,阴极槽和阳极槽对30mg·L-1的酸性大红3R溶液的脱色降解率分别达到97.7%和87.5%,与双极单效中的阳极光电催化反应器相比,新型高效催化反应器的效率提高约110%。 进一步的试验研究表明,该新型高效光电化学催化反应器对活性艳红、甲基橙、直接耐晒黑、碱性品红和某印染厂的实际废水等,均具有良好的降解脱色效果。这表明该新型反应器对多种可溶性难降解染料和染色废水的降解脱色处理,具有较好的普遍适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 染料废水的常规处理方法
• 1.1 混凝处理法
• 1.2 吸附脱色法
• 1.3 生物处理法
• 1.4 氧化处理法
• 第二章 水处理高级氧化技术的发展
• 2.1 Fenton试剂和类Fenton试剂系统
• 2.1.1 Fenton法
• 2.1.2 类Fenton法
• 2.2 光催化氧化技术概述
• 2.3 光电催化氧化的进展
• 2.4 本论文主要研究内容与目的
• 第三章 实验装置及分析方法
• 3.1 实验装置和工艺流程
• 3.2 主要仪器和试剂
• 2/Ti薄膜电极的制备'>3.3 TiO₂/Ti薄膜电极的制备
• 3.4 盐桥的制备
• 3.5 分析测试方法
• 第四章 处理酸性大红3R染料废水
• 4.1 染料酸性大红3R物理化学性质
• 4.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 阴极电位对过氧化氢产量的影响
• 4.3.2 阴极槽溶液初始pH值对过氧化氢产量的影响
• 4.3.3 电极反应时间对过氧化氢产量的影响
• 4.3.4 不同反应过程对染料降解的影响
• 4.3.5 亚铁离子的影响
• 4.3.6 阳极光电流响应
• 4.3.7 阳极对染料降解脱色处理效果
• 4.3.8 处理前后的紫外-可见光谱图
• 4.4 本章小结
• 第五章 光/电/化学反应降解染料化合物研究
• 5.1 实验方法
• 5.2 降解染料活性艳红
• 5.2.1 染料活性艳红物理化学性质
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.2.2.1 阴极槽的处理效果
• 5.2.2.2 阳极槽的处理效果
• 5.2.2.3 染料活性艳红处理前后的紫外-可见光谱图
• 5.3 降解甲基橙
• 5.3.1 甲基橙物理化学性质
• 5.3.2 结果与讨论
• 5.3.2.1 阴极槽的处理效果
• 5.3.2.2 阳极槽的处理效果
• 5.3.3 甲基橙处理前后的紫外-可见光谱图
• 5.4 降解直接耐晒黑
• 5.4.1 直接耐晒黑物理化学性质
• 5.4.2 结果与讨论
• 5.4.2.1 阴极槽的处理效果
• 5.4.2.2 阳极槽的处理效果
• 5.4.3 直接耐晒黑处理前后的紫外-可见光谱图
• 5.5 降解碱性品红
• 5.5.1 碱性品红物理化学性质
• 5.5.2 结果与讨论
• 5.5.2.1 阴极槽的处理效果
• 5.5.2.2 阳极槽的处理效果
• 5.5.3 碱性品红处理前后的紫外-可见光谱图
• 5.6 降解实际废水
• 5.6.1 实际废水物理化学性质
• 5.6.2 实际废水处理前后的紫外-可见光谱图
• 5.7 本章小结
• 第六章 建议
• 参考文献
• 主要发表的论文
• 致谢