多级同心圆筒-旋转床中Ti/RuO2-IrO2-SnO2降解含酚废水研究

摘要

电催化氧化技术由于在反应过程中无需添加任何化学试剂、无二次污染等优点受到了广大学者的关注，但该技术的研究大多处于实验阶段，并未真正投入工业应用中，原因在于其工业化使用程度偏低，电极材料性能不稳定。基于这样的认识，稳定性能好、催化活性高的电极材料成为改善该技术在废水处理效果领域追求的热点。同时，电催化氧化反应过程中附着于电极表面的气泡会引起槽电压升高，电极形状及结构布局不合理会引起电极间物质传递受限等问题。基于此，消除或减缓气泡对反应过程的影响、强化电极间液相物质传递速率成为追求的目标。因此，电极材料的选用、电极形状及结构布局的设计成为了问题的关键所在。
　　为此，论文选用催化活性强、稳定性能好、析氧电位高的Ti/RuO2-IrO2-SnO2电极作为阳极，不锈钢作为阴极，多级同心圆筒-旋转床(Multistage Concentric Cylinder-Rotating Bed,MCC-RB)电催化反应装置营造的超重力场作为反应环境，对电催化氧化降解苯酚进行了实验探究，以期为实现电催化氧化技术的工业化应用提供理论依据。
　　首先，对所选阳极材料的电化学性能进行了在线检测研究。通过三电极体系考察了各因素对苯酚氧化峰电流的影响，优化了工艺参数。分析表明:在适宜操作条件下，Ti/RuO2-IrO2-SnO2阳极上发生的反应主要受扩散步骤控制，且较常规重力场中反应的极化电流提高了16％，极化电位降低了9.6％，极化电阻减小了84.9％。即该阳极在MCC-RB装置中可一定程度上增大反应的极化电流，降低极化电压和超电势，减小极化电阻，从而达到降低能耗，加快传质速率的目的。
　　其次，采用高效液相色谱法(HPLC)分析了MCC-RB中苯酚在Ti/RuO2-IrO2-SnO2阳极上的降解历程:首先羟基自由基攻击苯环，生成对苯二酚及对苯醌，接着共轭体系发生断键并开环，生成顺、反丁烯二酸，并进一步通过氧化还原反应生成丁二酸等物质，最后矿化为CO2和H2O。
　　最后，通过单因素实验优化了反应过程的工艺参数，确定了适宜的操作条件。结果表明:降解初始浓度为500mg/L的6L模拟苯酚溶液，需要的电流密度为35mA/cm2、液体循环流量为48L/h、超重力因子为20、氯化钠浓度为8.5g/L、pH值为6.5时，反应100min，苯酚去除率可达99.7％，较常规重力场中提高了10.4％左右。此外，比较了超常规重力场中TOC、COD去除率。结果表明:超重力场较常规重力场中TOC去除率提高了8.4％，COD去除率提高了14％，进一步证明了超重力场对反应传质过程的强化作用。在上述研究基础上，对超重力场中该反应的动力学过程进行了线性拟合。研究表明:该反应过程在超重力场中符合一级反应动力学模型，并且发现超重力场可以加快反应降解速率，但不会改变反应历程。

目录

声明

摘要

1．1含酚废水来源及危害

1．2含酚废水处理方法

1．2．1物理法

1．2．2生物法

1．2．3化学法

1．3含酚废水的电催化氧化反应行为及降解工艺研究进展

1．3．1电催化氧化反应原理

1．3．2电催化氧化法降解含酚废水反应行为研究进展

1．3．3电催化氢化法处理含酚废水降解工艺研究进展

1．3．4电催化氧化法处理含酚废水现存问题

1．4超重力场中高级氧化技术处理含酚废水实验研究

1．5课题研究目的及意义

1．6课题研究内容

2阳极材料的选用及反应装置研究

2．1阳极材料的发展及其选用

2．2反应装置结构及其过程强化原理研究

2．2．1 MCC-RB式电催化反应装置结构研究

2．2．2 MCC-RB式电催化反应装置过程强化原理

3 MCC-RB中Ti／RuO2-IrO2-SnO2阳极电化学性能研究

3．1实验装置及步骤

3．2三电极体系

3．3实验设备仪器及试剂

3．4电化学测量方法

3．5实验结果与讨论

3．5．1电解质类型的选取验证

3．5．2苯酚在MCC-RB中的电化学行为研究

3．5．3苯酚在MCC-RB中的电化学反应控制步骤研究

3．5．4苯酚在MCC-RB中的电化学阻抗分析

3．6本章小结

4含酚废水在Ti／RuO2-IrO2-SnO2阳极上的降解历程研究

4．1高效液相色谱研究苯酚降解历程

4．2本章小结

5 MCC-RB中Ti／RuO2-IrO2-SnO2阳极电催化氧化降解含酚废水工艺研究

5．1实验装置及步骤

5．2实验仪器设备及试剂

5．3实验结果分析方法

5．4实验结果与讨论

5．4．1苯酚在MCC-RB中的降解工艺研究

5．4．2 MCC—RB中电催化氧化降解含酚废水动力学研究

5．5本章小结

6．1结论

6．2创新点

6．3建议与不足

参考文献

攻读硕士期间发表论文及其它研究成果

致谢