催化劑作用下電催化氧化法對(duì)酸性藏藍(lán)染料廢水脫色的研究

劉 楠 孫慧萍 楊雨桐

（沈陽(yáng)化工大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110142）

0 前言

染料廢水作為一種較難處理的工業(yè)廢水[1]，因其具有污染物濃度高、色度深、難生化降解等特點(diǎn)故傳統(tǒng)的沉淀[2-4]，生化等方法處理染料廢水降解過程緩慢，脫色效果差。電催化氧化法因其具有反應(yīng)條件安全，無(wú)選擇性，無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注。目前在國(guó)內(nèi)外研究電催化氧化處理染料廢水技術(shù)逐漸被關(guān)注。

酸性藏藍(lán)溶液在印染行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、處理過程中副產(chǎn)物較多使其處理難度較高。本文就在催化劑作用下的電催化氧化法處理效果進(jìn)行探究，考察了槽電壓和曝氣量的改變對(duì)處理效果的影響。同時(shí)對(duì)其最佳工藝條件進(jìn)行探索。

1 試驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)電源為可調(diào)直流電源，輸入電壓為0~30V可調(diào)電壓，最小輸入電壓0.1V，根據(jù)溶液電導(dǎo)率可在表盤上讀出電流值（數(shù)字顯示）。反應(yīng)器為自制有機(jī)玻璃反應(yīng)器。通過反應(yīng)器底部的有機(jī)材質(zhì)過濾網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子與催化劑的分離，使得在反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不致破壞催化劑，從而是催化劑得以最大幅度的降低反應(yīng)活化能，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。

通過日立UV-3010(PC)紫外-可見光譜儀對(duì)待測(cè)液進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描以確定最大吸收波長(zhǎng)。

通過HACH DR5000多功能水質(zhì)分析儀測(cè)定處理后的樣品的吸光度。

通過曝氣裝置向待處理酸性藏藍(lán)染料廢水中通入空氣，并用轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)記錄通入空氣的流速。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品

染料廢水采用酸性藏藍(lán)溶液，分子式C26H19N3O10S·3Na，分子量691.58。根據(jù)實(shí)際工業(yè)染料廢水的濃度，本實(shí)驗(yàn)擬配置40mg/L的酸性藏藍(lán)燃料廢水進(jìn)行試驗(yàn)探究。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

探究在不同工藝參數(shù)處理?xiàng)l件下，通過取處理后的樣品所測(cè)得的吸光度來探究處理效果的優(yōu)劣，廢水脫色效果的優(yōu)劣以吸光度作為指標(biāo)，通過處理后樣品的吸光度相比于樣品原樣的吸光度衰減值進(jìn)行比較，經(jīng)全波長(zhǎng)掃描測(cè)定得出酸性藏藍(lán)分子中偶氮與芳香族共軛顯色基團(tuán)最大吸收峰波長(zhǎng)630nm。

1.4 分析方法

本試驗(yàn)采用不銹鋼板作為電極，通入直流電，采用連續(xù)降解方式，每隔不同時(shí)間取樣來進(jìn)行測(cè)定處理效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 槽電壓對(duì)酸性藏藍(lán)溶液降解的影響

隨著槽電壓越大，染料廢水脫色率逐漸增高，在槽電壓為10V時(shí)，經(jīng)兩小時(shí)處理，酸性藏藍(lán)染料廢水脫色率為46.7%，而當(dāng)槽電壓為30V時(shí)，經(jīng)兩小時(shí)處理，其脫色率可高達(dá)79.8%。這是因?yàn)殡S著槽電壓的升高提升了反應(yīng)的能量，促使電解時(shí)產(chǎn)生更多的OH,因其具有的極強(qiáng)的氧化特性，可將染料分子中的碳元素氧化為CO2，氫元素氧化成H2O，破壞了染料分子中起顯色作用的偶氮基團(tuán)，進(jìn)而達(dá)到了降解染料的效果，最終使得染料廢水處理效果明顯增強(qiáng)。

2.2 曝氣量對(duì)酸性藏藍(lán)溶液降解的影響

隨著通入空氣流速增大，處理效果優(yōu)于無(wú)空氣通入，在無(wú)空氣通入時(shí)，酸性藏藍(lán)染料的脫色率僅為79.8%，而當(dāng)以0.08m3/h的速率向酸性藏藍(lán)染料廢水中通入空氣時(shí)，其處理效果明顯增強(qiáng)，可高達(dá)84.8%，這是因?yàn)榭諝庵泻醒鯕?，在通入空氣過程中相當(dāng)于間接增加了染料廢水中溶解氧的量，由于電解時(shí)產(chǎn)生的·OH和溶解的分子態(tài)氧，它們?cè)谌芤簝?nèi)部發(fā)生了一系列復(fù)雜的自由基反應(yīng)，產(chǎn)生了多種具有氧化性的產(chǎn)物，從而加速了該反應(yīng)的進(jìn)行。

2.3 處理效果的分析

隨著電催化氧化處理過程的進(jìn)行的同時(shí)以每10分鐘為間隔對(duì)處理產(chǎn)物進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描的過程中，我們不難發(fā)現(xiàn)在隨處理時(shí)間的推移，原樣所具有的630nm特征峰明顯減弱，但300nm處的最大吸收峰吸光度變化不是很明顯。我們可以認(rèn)為，隨著處理的進(jìn)行，原樣所具有的未形成共軛體系的苯環(huán)結(jié)構(gòu)被降解，但同時(shí)，偶氮鍵與兩個(gè)萘環(huán)和三個(gè)磺酸基團(tuán)構(gòu)成共軛體系在降解的過程中也形成了新的苯環(huán)，因此300nm處的吸收峰的吸光度值降低不明顯。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果我們得出,在槽電壓為30V,曝氧量0.08m3/h時(shí)具有最佳處理效果。處理初始濃度為40mg/L，初始COD值為1300mg/L的模擬酸性藏藍(lán)溶液120min后，其脫色率達(dá)84.8%，COD去除率達(dá)65.0%。在電催化氧化作用下，酸性藏藍(lán)的特征吸收峰（630nm）強(qiáng)度逐漸減弱并基本消失，分子結(jié)構(gòu)中的偶氮基團(tuán)與芳香族結(jié)構(gòu)的共軛體系被破壞，并生成萘磺酸產(chǎn)物，酸性藏藍(lán)分子被有效降解。

［1］聞海峰，秦琴，楊琴淋.氧化鈷修飾活性炭微波催化降解染料廢水的工藝研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2013（1）：100-101.

［2］孟冠華，劉寶河，萬(wàn)彤,等.非均相催化氧化處理染料廢水[J].工業(yè)用水與廢水，43（6）:24-25.

［3］劉詠，鄒文慧，廖洋，等.Ce3+電催化降解甲基橙模擬廢水的研究[J].中國(guó)稀土學(xué)報(bào)，29（1）：105-106.

［4］張俊麗，李慶新，湯亞飛.電催化氧化處理茜素紅模擬染料廢水試驗(yàn)研究[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2009，5：142-143.