偶氮染料廢水電解優(yōu)化處理研究

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（邢臺(tái)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站河北邢臺(tái)054000）

偶氮染料廢水電解優(yōu)化處理研究

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（邢臺(tái)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站河北邢臺(tái)054000）

本研究以具有典型偶氮結(jié)構(gòu)的單偶氮染料酸性橙Ⅱ?yàn)檠芯繉?duì)象，以電解技術(shù)為核心，開(kāi)展電解工藝的優(yōu)化強(qiáng)化處理難降解偶氮染料的系統(tǒng)性研究，達(dá)到電解工藝參數(shù)的優(yōu)化及強(qiáng)化電化學(xué)方法降解難降解有機(jī)物的目的，促進(jìn)和改善該技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。

電化學(xué)；酸性橙Ⅱ；優(yōu)化

1　前言

染料廢水具有成分復(fù)雜，排放量大，難于生物降解等特點(diǎn)，直接危害著環(huán)境和人類(lèi)的健康，成為環(huán)境重要污染源之一[1]。處理染料廢水的方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法[2]及這些方法的組合。目前電化學(xué)技術(shù)作為一種環(huán)境友好技術(shù)，在含染料廢水處理領(lǐng)域，已成為一類(lèi)具有競(jìng)爭(zhēng)力的廢水處理方法，與其它水處理技術(shù)相比，具有無(wú)需或少量投加化學(xué)藥，不產(chǎn)生二次污染，后處理簡(jiǎn)單，占地面積小，管理方便等優(yōu)點(diǎn)[3]。

本研究以典型難處理物偶氮染料酸性橙Ⅱ?yàn)槟Ｐ突衔?，以電解技術(shù)為核心，開(kāi)展電解工藝的優(yōu)化強(qiáng)化處理，促進(jìn)和改善該技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。

2　實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)裝置

由恒電位儀、電解槽和電極組成。電解槽為有機(jī)玻璃圓柱形反應(yīng)器，直徑為5cm，高為7cm，體積為50mL，兩電極均為鉑電極，形狀大小一致，面積為2cm2。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

配制系列濃度的酸性橙Ⅱ電解溶液，以Na2SO4為電解質(zhì)，調(diào)節(jié)溶液的pH值，反應(yīng)體積為50mL，在不同的電解條件下配制不同濃度的染料溶液，通過(guò)調(diào)節(jié)磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，調(diào)節(jié)不同電流密度，每隔0.5h取樣測(cè)溶液的吸光度，并記錄數(shù)據(jù)。

2.3酸性橙Ⅱ特性

偶氮染料酸性橙Ⅱ電解液呈橙黃色，分子結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1　酸性橙Ⅱ的分子結(jié)構(gòu)

3　結(jié)果與討論

3.1電解時(shí)間的影響

酸性橙Ⅱ溶液的濃度20mg/L，溶液體積50mL，電解質(zhì)(Na2SO4)濃度0.1mol/L，極板間距為30mm，以脫色率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同電解時(shí)間對(duì)染料脫色影響，見(jiàn)圖2。

圖2　電解不同時(shí)間對(duì)染料的降解脫色曲線

結(jié)果表明，最佳電解時(shí)間為3h。

3.2極板間距的影響

酸性橙Ⅱ溶液濃度為20mg/L，電流密度為50mA/cm2，溶液體積為50mL，電解質(zhì)(Na2SO4)濃度為0.1mol/L，電解時(shí)間為3h，以脫色率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同極板間距對(duì)染料脫色的情況，見(jiàn)圖3。

圖3　不同極板間距對(duì)染料降解脫色曲線

結(jié)果表明，30mm為最佳的電解極板間距。

3.3電流密度的影響

酸性橙Ⅱ溶液濃度為20mg/L，溶液體積為50mL，電解質(zhì)(Na2SO4)濃度為0.1mol/L，極板間距為30mm，電解時(shí)間為3h，不同電流密度(J)對(duì)染料酸性橙Ⅱ脫色情況，見(jiàn)圖4。

圖4　不同電流密度對(duì)染料降解脫色的影響曲線

結(jié)果表明：最佳電流密度為50mA/cm2。

3.4電解質(zhì)濃度的影響

以Na2SO4為電解質(zhì)的電化學(xué)體系中，在染料酸性橙Ⅱ溶液濃度為20mg/L，溶液體積為50mL，電流密度為50mA/cm2，極板間距為30mm，電解時(shí)間為3h的條件下，以脫色率和耗電量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同電解質(zhì)濃度對(duì)染料脫色情況，見(jiàn)圖5。

圖5　不同電解質(zhì)濃度對(duì)染料降解脫色的影響曲線

結(jié)果表明：電解質(zhì)濃度為0.1mol/L為最佳條件。

3.5染料的初始濃度的影響

電流密度為50mA/cm2，溶液體積為50mL，電解質(zhì)(Na2SO4)濃度為0.1mol/L，極板間距為30mm，電解時(shí)間為3h，不同染料初始濃度的脫色情況見(jiàn)圖6。

圖6　不同初始染料濃度的降解脫色曲線

結(jié)果表明：不同初始染料濃度在相同電解條件下降解脫色率沒(méi)太大變化，結(jié)合實(shí)際，本實(shí)驗(yàn)采用的染料酸性橙Ⅱ濃度為20mg/L。

3.6酸性橙Ⅱ降解的動(dòng)力學(xué)曲線

酸性橙Ⅱ溶液濃度為20mg/L，電解質(zhì)(Na2SO4)的濃度為0.1mol/L，溶液體積為50mL，極板間距為30mm，電解時(shí)間為3h，不同電流密度下染料酸性橙Ⅱ濃度與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行動(dòng)力學(xué)曲線擬合，如圖7所示。

圖7　不同電流密度對(duì)染料降解脫色的動(dòng)力學(xué)擬合曲線

綜上，隨著電流密度的增加，染料降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。

4　結(jié)語(yǔ)

（1）電化學(xué)降解酸性橙Ⅱ的最佳條件為實(shí)驗(yàn)在酸性橙Ⅱ濃度20mg/L，溶液體積為50mL，電流密度45mA/cm2~60mA/cm2，電極極板間距為30mm，電解質(zhì)濃度范圍為0.05mol/L~0.1mol/L，酸性橙Ⅱ的去除率達(dá)到87.01%。（2）以Na2SO4做電解質(zhì)體系中，在不同電流密度條件下染料降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，并且隨著電流密度的增加，反應(yīng)速率常數(shù)增大。

[1]E.GILEADI.Electrode Kinetics for Chemists,Chemical Engineering andMaterialsScientists.NewYork:VCHPublishers,1993.

[2]楊惠芳.水污染防治及城市污水資源化技術(shù).北京:科學(xué)出版社, 1993:42-49.

[3]馮玉杰.電化學(xué)技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.