利用三維電極電催化氧化處理鄰氯苯胺廢水的探討

摘 要：本文首先對(duì)三維電極的反應(yīng)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單概述，并分析利用三維電極電催化氧化處理鄰氯苯胺廢水的方法，以及主要的處理過(guò)程與處理結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了三維電極電催化氧化方法在鄰氯苯胺廢水處理上取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：三維電極;電催化氧化;鄰氯苯胺

1 引言

在鄰氯苯胺廢水的處理上，主要處理方法有物理吸附、化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化等方法，其中三維電極電催化氧化處理技術(shù)屬于一種電化學(xué)氧化方法，具有不產(chǎn)生二次污染、催化效率高、操作方式簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在鄰氯苯胺廢水的處理上逐漸得到了普遍應(yīng)用。

2 三維電極反應(yīng)原理

三維電極是在二維電極的基礎(chǔ)上，在陰極和陽(yáng)極中間填充粒子作為第三電極，也被稱(chēng)為復(fù)極性電極，在陰極和陽(yáng)極產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，電解槽內(nèi)增加無(wú)數(shù)微電極，使得電解槽的面體比增加，從而加快降解廢水中的有機(jī)物[1]。三維電極反應(yīng)裝置由電源、陰陽(yáng)極板、反應(yīng)器、粒子電極填料和供氣裝置等組成。在廢水有機(jī)物催化氧化過(guò)程中，具體可以分為直接氧化與間接氧化兩種方式，其中直接氧化是指將有機(jī)物在陽(yáng)極進(jìn)行氧化，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解;間接氧化是指在溶液當(dāng)中溶解的氧，以及外界提供的氧和陽(yáng)極電解產(chǎn)生的氧，在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，通過(guò)生成H2O2對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解。電極上具有金屬催化劑，可以使H2O2進(jìn)一步生成·OH，與H2O2共同參與三維電極電催化氧化反應(yīng)。

3 利用三維電極電催化氧化處理鄰氯苯胺廢水

在利用三維電極電催化氧化方法處理鄰氯苯胺廢水的研究中，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)，以下是實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)所涉及的材料主要分為試劑與實(shí)驗(yàn)儀器，試劑選用了鄰氯苯胺、濃硫酸、氫氧化鈉以及無(wú)水硫酸鈉。實(shí)驗(yàn)儀器選擇了三維電極電化學(xué)反應(yīng)器，組成部分包括電極、電解槽、磁力攪拌器與電源。其中電解槽有效容積8×5×8cm，組成材料為聚丙烯。陰極所用材料為不銹鋼板，陽(yáng)極所用材料為石墨板，內(nèi)部填充物為活性炭，經(jīng)過(guò)物理吸附飽和。電源選用了電壓和電流穩(wěn)定的直流電源，同時(shí)選用了磁力攪拌器，促進(jìn)活性炭在反應(yīng)器中均勻分布。實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器上選擇了CM-02型臺(tái)式COD測(cè)定儀，以及TU-1810型號(hào)的紫外-可見(jiàn)光吸收光譜儀。

在實(shí)驗(yàn)操作方法上，首先稱(chēng)量一定數(shù)量的鄰氯苯胺，然后加入去離子水配制溶液模擬鄰氯苯胺廢水，濃度為0.075%。溶液的初始COD為1848.45mg/L，pH值為6.0，然后選取15.00g活性炭，浸泡于相同濃度的鄰氯苯胺溶液中，在吸附飽和后進(jìn)行過(guò)濾和烘干，以減少對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾作用，并將活性炭填充于電解槽，作為粒子電極。選取0.075%濃度鄰氯苯胺溶液200mL，加入三維電極反應(yīng)器，然后設(shè)置不同的反應(yīng)條件，進(jìn)行電催化氧化反應(yīng)，在反應(yīng)進(jìn)行到規(guī)定時(shí)間后，進(jìn)行取樣分析。

在實(shí)驗(yàn)的分析方法上，主要分析指標(biāo)為COD即化學(xué)需氧量，也就是運(yùn)用化學(xué)氧化劑對(duì)水中能夠氧化的物質(zhì)進(jìn)行氧化，并通過(guò)殘留氧化劑含量計(jì)算耗氧量。在該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)電解前后COD進(jìn)行測(cè)量，得出鄰氯苯胺溶液氧化程度。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，影響鄰氯苯胺溶液COD去除率的因素主要有以下幾方面。

3.2.1 槽電壓

槽電壓在鄰氯苯胺廢水電催化氧化處理過(guò)程中，起到了促進(jìn)三維電極反應(yīng)器中導(dǎo)電離子復(fù)極化的作用，是鄰氯苯胺溶液COD去除率的重要影響因素。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在操作條件相同時(shí)，隨著槽電壓增大，鄰氯苯胺溶液COD去除率也隨之增加，原因在于電流密度與槽電壓成正比，電流密度變大時(shí)被極化的活性炭數(shù)量增加，增大了有效電極面積。

3.2.2 溶液初始pH值

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將溶液初始pH值從1.0調(diào)整到13.0并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明在操作條件相同時(shí)，酸性條件下COD去除率要高于堿性條件，在pH為13.0時(shí)COD去除率為92.80%，在pH為3.0時(shí)COD去除率為97.50%，pH在3以下時(shí)，COD去除率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3.2.3 電解時(shí)間

在其他條件相同情況下調(diào)節(jié)電解時(shí)間，分析結(jié)果表明，在電解時(shí)間達(dá)到10min時(shí)COD去除率為95.15%，延長(zhǎng)電解時(shí)間至60min，COD去除率呈平緩增加趨勢(shì)，電解時(shí)間達(dá)到60min時(shí)為98.51%，說(shuō)明該反應(yīng)屬于快速氧化反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程主要集中在10min以?xún)?nèi)，而后電解時(shí)間對(duì)COD去除率影響不大。

3.2.4 極板間距

在其他條件相同情況下調(diào)節(jié)極板間距，分別為2、3、4、5、6cm，結(jié)果表明極板間距與COD去除率成反比，極板間距2cm時(shí)COD去除率97.50%，6cm時(shí)下降到88.06%，說(shuō)明電極板間距減小會(huì)增加電極之間的作用力，縮短對(duì)流與擴(kuò)散傳質(zhì)距離，起到了增強(qiáng)傳質(zhì)效果的作用，因此提升了COD去除率。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了三維電極電催化氧化方法對(duì)于鄰氯苯胺廢水COD具有良好的去除作用。根據(jù)不同影響因素的研究，表明槽電壓在15V、溶液初始pH在3.0、電解時(shí)間30min、極板間距2cm時(shí)COD去除率達(dá)到最高。

參考文獻(xiàn)：

[1]張顯峰，王德軍，趙朝成，等.三維電極電催化氧化法處理廢水的研究進(jìn)展[J].化工環(huán)保，2016（3）：250-255.

作者簡(jiǎn)介：

邱志剛（1973- ），男，江蘇如皋人，漢族，現(xiàn)職稱(chēng)：高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，學(xué)歷：本科，研究方向：化工管理。