三维电极电化学反应器对有机废水的降解研究

第8卷第3期2002年8月电化学ELECTROCHEMISTRYVol.8No.3Aug.2002文章编号:1006-3471(2002)03-0327-06三维电极电化学反应器对有机废水的降解研究何春1,23,安太成1,熊亚13,舒东2,胡慧玲1,朱锡海1(1.中山大学化学与化学工程学院,广东广州510275;2.肇庆学院化学系,广东肇庆526061)摘要:本文提出一种基于三维电极电化学反应器处理有机废水的新技术,结果表明:该反应器能有效地去除苯胺,但其去除率受外加电压、溶液中Fe2+的浓度、pH值及处理时间(t)的影响较大.该项技术处理有机废水效果明显,主要是基于电致过氧化氢,在Fe2+存在情况下迅速生成对有机物有很强氧化作用的羟基自由基.通过ESR法测出了在该电化学反应器处理废水过程中产生的羟基自由基.关键词:三维电极;电化学降解;有机废水;羟基自由基中图分类号:O643.3文献标识码:A近代化学工业的飞速发展使废水中有机物的种类越来越多,治理其中毒性大,浓度高且难以生化降解的有机废水已成为当前国内外水处理研究的热点.近年来,深度氧化技术(Ad2vancedOxidationProcesses,简称AOPs)作为治理此类有机污染物的一条重要途径受到了人们的广泛关注,该技术主要是通过氧化性极强的·OH自由基与有机物之间的加合、取代和电子转移等使污染物矿化[1].目前·OH自由基产生的主要方法有化学氧化法、电化学方法、光氧化及超声法,其中以电化学产生·OH自由基的方法倍受青睐.由于该方法之废水深度氧化工艺具有比较容易控制,易建立密闭性循环和无二次污染等优点[2～5],可望发展成为一项体现“绿色”特征的高效有机废水处理新技术[6,7].但目前,相关的研究仅局限于二维平板电极,这种传统的平板电极由于面体比小,传质问题未能根本解决,电流效率低,能耗高,故未能在实际中得到普遍应用.相比之下,三维电极因其面体比增大,离子间距离小,传质效果好,以此而设计的电化学反应器已在电有机合成[8～12]和含金属离子的废水处理[13～17]等方面得到较好的应用.但有关三维电极电致·OH自由基及其在有机废水处理中的应用尚未见报道.本文报道一种能电致·OH自由基的三维电极电化学反应器及其对含苯胺的有机废水处理研究.1实验部分1.1仪器和试剂UV-PC2501型紫外分光光度计(Hitachi,日本).空气压缩机WYK-3003直流稳压电源收稿日期:2001-12-04,修改日期:2002-04-123通讯联系人,Tel:(86-20)84110924;Email:cep00hc@taurus.zsu.edu.cn基金项目:国家自然科学基金(29977030),广东省自然科学基金(990274);广东省攻关项目(A3030502);河南省环境科学与工程重点学科开放实验室资助©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net(扬州).PHS-3C型精密pH计(上海雷磁公司).JES-RE1X型电子顺磁共振仪(日本岛津公司).GC-MS色质联用仪(HP公司GC6890和5973MS).所用试剂均为分析纯.粒子电极(填料)自制备.模拟废水的配制:取一定量苯胺以蒸馏水配成储备液.使用时以蒸馏水稀释到所需浓度.实验浓度为400mgL-1,溶液的pH通过硫酸调节.硫酸亚铁铵按所需量在实验前溶解于该溶液.图1三维电极电化学反应器示意图Fig.1Schematicdiagramofthreedi2mensionalelectrochemicalreac2tor:(1)Anode;(2)Support;(3)Particleelectrode;(4)Inletofcompressedair;(5)Reactorout2let;(6)Microporeplate;(7)Cathode1.2实验装置如图1所示,实验装置是一个长方型的单室三维电极电化学反应器.它主要由两个平板电极(阳极和阴极),粒子电极,压缩空气和槽体组成.起馈电极作用的两个平板电极均为石墨电极,粒子电极为一种高效、无毒和廉价的颗粒状专用材料,它们作为工作电极被填充在两个平板电极间形成三维电级.糟体由PVC材料焊结而成.压缩空气通过反应器底部的多孔板向该反应器内曝气.外加电压以直流脉冲方式供给.1.3电化学氧化步骤电解前,石墨电极用稀硫酸浸泡,用去离子水反复冲洗,然后置于电化学反应器中.在两石墨电极之间填充500.0g预先清洗的粒子电极并加入250mL400mgL-1苯胺溶液后,打开空气阀并调节空气流量至0.1m3·h-1,同时于主电极两端施加一定的电压开始电化学氧化.反应一段时