不同形式电极与染料溶液的反应及其

第1卷第2期2000年4月环境污染治理技术与设备TechniquesandEquipmentsforEnvironmentalPollutionControlVol.1,No.2Apr.,2000不同形式电极与染料溶液的反应及其能耗Ξ申哲民1,2王文华1,2贾金平2刘俊华1李德成1(1:中国科学院生态环境研究中心环境水化学开放实验室,北京100085)(2:上海交通大学化学化工学院,上海200240)摘要本研究对分散红E24B、还原深蓝BO和酸性红B等三种染料分别用三维电极法和平板电极法进行了电解,结果表明三维电极法比平板电极法节能可达70%以上;并且电解效果越好的染料,采用三维电极法电解节能效果越明显。并且在不同pH值条件下,对酸性红B进行电解实验,结果表明在不同pH值条件下,色度去除率基本相同,中性条件下TOC的去除效果较好。关键词:染料电解三维电极废水治理染料和印染工业的生产废水是工业废水治理的难点。这类废水的成分复杂,含有机染料,色度深,毒性强,难降解(BOD/COD小),pH值波动大,组分变化大,且浓度高,废水排放量大。生物法处理此类废水难度大,脱色率低[1]。电化学方法治理废水具有无需添加化学药品,设备体积小,占地面积少,操作简便灵活等优点,成为近年来研究热点之一[2～5]。我们已采用活性炭纤维ACF电极法,对多种染料溶液进行了电解实验,结果表明该方法对所试溶液或废水的脱色率很高,对还原、分散染料溶液的TOC去除率较高;初步的机理研究表明,ACF在反应过程中将模拟废水或实际废水的有机染料分子富集到电极表面,通过电化学耦合,增大疏水性,再与Fe电极反应生成的高活性Fe2+、Fe3+发生絮凝反应,沉淀脱色[6～8]。在实际废水处理中电化学方法的能耗费用直接限制了该方法的使用范围,特别是在低浓度溶液中电流的密度太小,反应必须要有很大的表面积[9]。采用金属网电极、多孔三维电极或填充式流化床等方法可以扩大电极表面积、调整电流密度[10～11]。这类电极由于表面积大,在处理低浓度溶液时效率高,传质速率快[7]。工程中最常用的为填充床或三维电极。这类电极具有运行费用低,色度和有机物去除效率高,占地面积小的特点[12～13]。本实验采用三维电极和板式电极分别与三种染料酸性红B、还原深蓝BO和分散红E—4B进行了反应,比较了两种电极与染料模拟废水反应的能耗,为电化学方法应用于染Ξ国家自然科学基金资助项目,编号:29637010;中国科学院生态环境研究中心环境模拟与污染控制国家重点实验室环境水化学开放实验室开放基金资助项目。料和印染废水的治理提供科学依据。表1染料基本特征染料名称分子式化学结构碳百分含量最大可见吸收波长(nm)酸性红BC23H21N2O7S2Na2偶氮50.41506.5还原深蓝BOC34H18O2蒽醌88.98544.5分散红E—4BC21H17N2O3蒽醌72.90529一、实验方法在自制的电解装置中加入120mg/L的染料溶液和适量硫酸钠,维持电压8～20V,体积电流密度为0.14A/L条件下,电解一定时间,不同时间取样分析,使用Du2650分光光度计(Beckman,美国),TOC分析仪(Shimadzu,日本)分别测定反应溶液的TOC和色度。二、结果与讨论11三种不同染料与两种电极的反应特点图1～3为采用三维电极和平板式电极对分散红E24B、还原深蓝BO和酸性红B三种染料溶液反应的结果。图1两种形式电极电解分散红E24B效果从图1～3可以看出采用三维电极法和采用板式电极法的电解反应过程相似。在分散红E24B和还原深蓝BO两种溶液的反应过程中,都存在明显的色度升高转折点;而在酸性红B的两种电极电解反应过程中,色度和TOC的去除都呈渐进趋势。通过电化学过程,染料发生反应、偶合,此时染料分子增大可能引起水溶液的色度提高,疏水性提高。再与由Fe电极反应生成的高活性Fe2+、Fe3+发生絮凝反应而沉淀,使溶液的色度和TOC大幅度去除。这表明,电解反应过程与染料结构和特征有关,还原染料和分散染料的水溶性较低,易与电极反应去除,酸性染料在水溶液中具有很好的溶解性,难以形成多聚体,故其与电极反应的脱色和TOC去除效果较差。21三种不同染料与两种电极反应能耗的比较能耗是限制电化学方法应用的重要因素。图1～3和表2表明采用三维电极法比采用板式电极法能够显著地降低染料的反应能耗。在同样反应程度时,分散红E24B和还原深蓝BO与三维电极反应比与板式电极反应所需能耗降低很多,达75%。而酸性红B22申哲民等:不同形式电极与染料溶液的反应及其能耗1卷反应能耗的降低虽小于分散红E24B和还原深蓝BO,但也有显著的降低。表2还表明越易与电极反应的染料,其采用三维电极法的节能效果越明显。采用三维电极法对分散红E24B和还原深蓝BO的电解,色