_Ru涂层电极与负载Ni催化剂对丁腈橡胶废水的电催化氧化

第29卷第6期2011年11月石化技术与应用PetrochemicalTechnology＆ApplicationVol．29No．6Nov．2011环境工程(530～532)Ru涂层电极与负载Ni催化剂对丁腈橡胶废水的电催化氧化丁健1，刘海燕2，张媛3，刘光利3(1．兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州730070;2．大连理工大学环境学院，辽宁大连116034;3．中国石油兰州化工研究中心，甘肃兰州730060)摘要:以含Ru极板或Ti极板为阳极，不锈钢板为阴极，加入γ－Al2O3或活性炭负载Ni，Cu，Sr催化剂，在电流密度为2mA/cm2，极板间距为2cm的条件下，采用电催化氧化法处理丁腈橡胶废水［化学需氧量(COD)为900mg/L，pH值为7～8］。结果表明，含Ru极板能耗较Ti极板低;当γ－Al2O3负载Ni催化剂用量为6g时，丁腈橡胶废水的COD去除率可提高约10个百分点。关键词:丁腈橡胶废水;电催化氧化法;含钌电极;催化剂;化学需氧量中图分类号:X703．1文献标识码:B文章编号:1009－0045(2011)06－0530－03在橡胶生产过程中会产生大量废水，水质化学需氧量(COD)严重超标，浊度及色度高，有刺激性气味，可生化性差。其中，丁腈橡胶废水中除了含有苯乙烯、丙烯腈、丁二烯等有毒有害物质外，还含有防老剂、阻聚剂等助剂，所以需要对其进行处理。目前国内外处理橡胶废水通常采用单独或联合混凝气浮法、高级氧化法、微电解法、生化法等［1－4］。由于各类方法的作用原理不同，因此在处理成本、去除效果和应用范围上存在一定差异。随着电化学学科和电力工程的发展，使电化学处理技术的成本降低，成为具有竞争力的废水处理方法之一［5］。本工作采用电催化氧化法处理丁腈橡胶废水，对比了含Ru极板［6］及Ti极板的差异，并通过使用催化剂提升COD去除效果。1实验部分①1．1废水的来源和水质实验用丁腈橡胶废水取自中国石油兰州石化公司，其COD为900mg/L，pH值为7～8。1．2实验方法1．2．1极板制备先将Ti极板进行预处理［7］，然后以此为基体，将氯化钌、异丁醇、钛酸四乙酯和浓盐酸按一定比例混合，采用热氧化共沉淀法进行涂刷，可制备含Ru涂层电极，具体制作过程及操作条件见文献［8］。1．2．2催化剂制备采用浸渍法制备下列催化剂。γ－Al2O3负载催化剂［9］将γ－Al2O3分别用质量分数为8%的Sr(NO3)2，Cu(NO3)2，Ni(NO3)2溶液浸渍24h，经抽滤、水洗至无Sr2+，Cu2+，Ni2+检出后晾干，于110～120℃烘箱中活化6h，再升至450℃恒温固化4h，即得标题物。活性炭负载催化剂［10］用质量分数为10%的NaOH溶液浸泡棒状活性炭24h，经蒸馏水浸泡并洗涤至中性;再用盐酸(质量比为1∶1)浸泡24h，经蒸馏水浸泡并洗涤至中性;晾干后于120℃烘箱中干燥2h，于260℃活化4h。将活化后的活性炭用Sr(NO3)2，Cu(NO3)2，Ni(NO3)2溶液浸渍24h，抽滤并水洗至无Sr2+，Cu2+，Ni2+检出后晾干，于120℃烘箱中活化6h，再升至300℃恒温固化12h，即得标题物。1．2．3电催化氧化实验取3000mL丁腈橡胶废水置于自制反应器中(见图1)。以Ti极板或含Ru极板为阳极，不①收稿日期:2011－08－11;修回日期:2011－09－01作者简介:丁健(1984—)，男，辽宁大连人，硕士研究生，助理工程师。已发表论文1篇。锈钢板为阴极。将同种的2幅电极板并联，阴阳板间距为2cm，电流密度为2mA/cm2，底部曝气。待电催化氧化反应结束后静置30min，用重铬酸钾法测定上层清液的COD。图1电催化氧化实验流程2结果与讨论2．1去除COD效果对比由图2可知，在不加催化剂的条件下，无论使用何种极板，COD去除率均随反应时间的延长而提高;当电解超过60min后，不同极板的COD去除率变化趋于一致(约47%)，这表明使用含Ru极板并未提高废水COD去除率。但在电催化氧化过程中发现，含Ru极板的槽电压(为11V)约为Ti极板(21V)的一半，表明使用前者可以降低能耗;并且在多次使用后发现，前者未出现像后者一样肉眼可见的腐蚀现象。以下实验均以含Ru极板为阳极。●—Ti极板;▲—含Ru极板图2电极与COD去除率的关系2．2催化剂的应用2．2．1处理丁腈橡胶废水由图3可知，在催化剂用量为6g时，不同催化剂均可提高废水COD去除率;使用相同载体，催化效果按下列顺序依次递减:Cu，Ni，Sr;以γ－Al2O3为载体的催化剂的催化效果要优于以活性炭为载体者。