电催化氧化法处理工业苯胺废水

苯胺作为一种有机污染物，对人体健康具有致癌、致畸和致突变三重致因作用。苯胺在环境中有长期残留，污染地下水和地表水。被美国EPA列为优先控制的129种污染物之一，也被列入我国环境优先控制污染物黑名单。目前，我国每年生产苯胺80000多吨，下游产品有150多种。世界上每年约有30000吨苯胺排放到环境中。随着化学工业的发展，苯胺的需求量和消费量不断增加，更多的苯胺将进入环境，对环境造成越来越大的危害。因此，研究苯胺废水具有直接的现实意义。

苯胺是一种典型的难降解有机物。传统的处理方法难度大，效率低，耗时长。电催化氧化法是通过阳极反应直接降解有机物或通过阳极产生羟基自由基(& # 8226；HO)、O3等强氧化剂降解有机物。这种降解方式使有机物最终分解出CO2和H2O，且不容易产生有毒的中间产物，更符合环保的要求。它具有处理时间短、设备简单、运行费用低、易于自动控制等优点。

因此，本文主要研究电催化氧化法处理苯胺废水。采用自行设计的装置，自行购买电极，以钛板为阴极，分别以涂有Ru和Ir的实心钛板和网状钛板为阳极，探索电催化氧化处理实际工业苯胺废水的效率，研究其较佳处理条件。

1.实验

1.1实验设备和材料

如图1(a)和(b)所示，该装置的实验三维(3D)图是我们自己设计和组装的。参数如下:电解槽材质为有机玻璃，规格为长18.5cm，宽15cm，高18.5cm，总理论容积为5L，底部均匀分布6个曝气头。自制电极:阴极为钛板，阳极为涂有钌铱的钛板(阴阳极两套为实心板和网板，尺寸为15cm×15cm)。

1.2水样来源和水质

实验废水来源于浙江嘉兴工业园区某印染厂排放的废水。主要参数如下:

化学需氧量(COD)值为2000 ~ 2400 mg/L，pH值为4 ~ 6，苯胺浓度为65 ~ 75 mg/L，色度为100 ~ 150倍。

1.3实验方法

取适量废水放入装有阳极和阴极的电解槽中，保持曝气，待其混合均匀后，开启DC电源，在设定的时间点取样，检测苯酚浓度和COD。

1.4分析方法

废水的COD用COD快速分析仪(hash)测定，pH值用pH计(pHS-2F)测定，苯胺浓度用国标法测定。

2.结果和讨论

2.1单因素的确定

通过单因素实验考察了极板形状、pH值、电解质NaCl和电流密度对处理效果的影响。

2.1.1电极板结构对处理效果的影响

首先，研究了电极板结构对处理效果的影响。分别用固体电极和网状电极处理实际苯胺废水。苯胺的浓度为70毫克/升，pH为5.41，电流密度为25mA/cm2，电解质(NaCl)的浓度为4克/升。处理结果如图2所示。

从图2的观察可以看出，在处理前30分钟内，网状电极对苯胺或COD的去除效果明显优于固体平板电极。60min后苯胺的去除率接近100%，但网状电极所需时间较短，节约成本。与苯胺的去除率相比，COD的去除效果更明显。从0到60min，网状电极对COD的去除率明显优于实心电极。60 min后，网状电极对COD的去除率为60%，而固体电极为42%。

不同的电极结构对苯胺和COD的去除效果不同。实验表明，网状电极具有更多的优点。网状电极降解苯胺废水的性能更好，这可能是由于尖端效应(电场分布均匀，不规则尖端场强大，冷核聚变产生真空能量)。因此，以下实验将集中于网状电极。

2 . 1 . 2 pH值对处理效果的影响

在实际苯胺废水的处理中，苯胺浓度为70mg/L，电流密度为25mA/cm2，电解质(NaCl)浓度为4 g/L，在不同pH条件下，考察了pH对苯胺和COD去除率的影响。

从图3(a)可以看出，在pH3.71~11.30的测量中，发现电催化氧化20min后，苯胺的去除率可以达到95%以上，其中pH值在5.41左右，达到99%。这可能与ClO在不同pH值下的形态有关。经过40分钟后，通过测量发现苯胺的去除率可以达到99%以上，说明ClO-在pH=5.41左右对苯胺有较好的去除效果。从图3(b)中可以发现，对溶液中COD的数值测量表明，pH对COD的去除率也有一定的影响。在各种条件下处理60分钟后，当pH=5.41时，COD去除率达到60%。

以上数据表明，以阴极为阳极的钛板表面镀钌铱在酸性条件下处理实际苯胺废水效果较好，pH=5.41左右时苯胺和COD的去除率较好。

2.1.3电解质NaCl浓度对处理效果的影响

实验条件:苯胺初始浓度为70mg/L，pH=5.41，电流密度为25mA/cm2。加入不同的电解质浓度，探讨电解质浓度对苯胺和COD去除率的影响。结果如图4所示。

从图4(a)中可以发现，苯胺在溶液中的浓度在前20分钟差别很大，在20 ~ 50分钟内差别越来越小。50分钟后，苯胺的去除率接近100%。原因是在第一段时间内溶液中的有效氯量较少，随着反应的进行，溶液中的有效氯量逐渐增加，低浓度的氯化钠溶液也能产生足够的有效氯和苯胺快速反应，最终去除率接近100%。从图4(b)可以看出，随着NaCl浓度的增加，氯离子浓度增加，COD的去除率也在增加，因为去除是活性氯和电极对苯胺及其降解中间体协同作用的结果，大的氯离子浓度有利于活性氯的生成，协同作用加强。

以上数据表明，以阴极为阳极，在钛板表面镀钌铱，并加入适量的NaCl电解液进行电催化氧化，有利于处理实际苯胺废水。

2.1.4电流密度对处理效果的影响

实验条件:苯胺初始浓度为70mg/L，pH=5.41，电解质(NaCl)浓度为4 g/L，改变不同的电流密度，探讨电流密度对苯胺和COD去除率的影响。结果如图5所示。

电流密度是单位面积的电量，电流密度的增加意味着单位面积电量的增加，有利于溶液中活性氯的生成，增加活性氯与电极的协同作用。根据图5(a ),在反应的前30分钟，电流密度对苯胺的去除率影响很大，这表明电流密度越高，去除效果越好。30min后苯胺量变化不大，电流密度的增加对去除率影响不大，60min后去除率接近100%。

从图5(b)可以看出，随着电流密度的增加，COD的去除率也增加，但电流效率降低。电流密度为25mA/cm2。电解60分钟后，苯胺废水中COD的实际浓度由2300mg/L降至910mg/L，COD去除率为60.43%，电流效率为85.9%。当电流密度增加到37.5mA/cm2时，苯胺废水中COD的实际浓度从2300mg/L下降到800mg/L，COD的去除率为60.43%，但电流效率下降到44.3%。

因此，从图5可以看出，当电流密度为25mA/cm2时，苯胺和COD的去除率已经达到很高的水平，如果电流密度继续增加，COD的去除率会变慢，电流效率会越来越低，增加了能耗。

2.2正交实验结果

结合工艺成本和各单因素试验结果，确定三个水平，采用L9(34)正交试验表安排试验。结果如表1和表2所示。

根据正交实验结果，各因素对苯胺去除率的影响顺序为:pH值>:处理时间>:NaCl加入量>:电流密度。

综合上述单因素分析和成本节约结果，电化学处理苯胺废水的最佳条件为pH 5.41，处理时间60min，电解质NaCl用量4g/L，电流密度25mA/cm2。在最佳条件下重复实验三次，实验结果稳定。实验结果的平均值见表3。

3.结论

(1)不同电极结构对苯胺和COD的去除效率不同，网状电极更具优势。对于苯胺的去除，网状电极只需要30分钟就可以达到固体电极60分钟的处理效果。对于COD的去除，网状电极60分钟后COD的去除率为60.4%，而固体电极仅为42%。

(2)以镀有钌铱合金阴极的阳极为钛板，对实际苯胺废水进行电催化氧化处理。采用正交设计研究了pH值、电流密度、处理时间和电解质NaCl的用量对苯胺去除率的影响。在实际苯胺废水处理中，各因素对苯胺去除率的影响顺序为:pH值>:处理时间>:NaCl加入量>:电流密度。

(3)通过单因素实验、正交实验和实际成本，得出处理实际苯胺废水的最佳工艺为:pH 5.41，处理时间40min，电解质NaCl用量4g/L，电流密度25mA/cm2，苯胺去除率达到99%，COD去除率达到60.4%。(来源:东华大学环境工程学院东莞管波生态环境科技有限公司)

免责声明：本网站内容来源网络，转载是出于传递更多信息之目的，并不意味赞成其观点或证实其内容真实性。转载稿涉及版权等问题，请立即联系网站编辑，我们会予以更改或删除相关文章，保证您的权利。
标签:  电催化氧化处理工业苯胺废水工艺