强电离放电降解模拟染料废水中茜素红研究

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染料废水普遍具有色度深、成分相对复杂、有机物含量高、难生物降解等特点,若不能达标处理而被排入水体会使水生生态环境产生不可修复的破坏,而且其有毒、致畸变和致癌等特性会对人类健康产生巨大威胁。茜素红是蒽醌类染料的代表之一,其属于分子结构复杂、难降解且具有潜在危害性的染料。若该种染料进入水体无疑会使水环境产生严重污染,故对含有茜素红等蒽醌类染料废水的处理具有十分重要的意义。本文选取茜素红作为目标污染物,采用强电离放电水处理技术对其水溶液进行降解处理。实验中探讨了臭氧浓度与外加电压和氧气流量的关系,研究了外加电压、溶液初始浓度、溶液初始pH值、自由基抑制剂和无机离子等不同因素对茜素红降解率的影响。通过正交实验得出了最佳降解条件,并对各因素下的反应过程进行了动力学分析。采用了化学需氧量(COD)测定法、总有机碳(TOC)测定法、紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)法、高效液相色谱(HPLC)法、液相色谱-质谱联用(LC-MS)法、气相色谱-质谱(GC-MS)联用法和离子色谱(IC)法等现代化分析手段对茜素红的降解中间产物进行检测,并推导出茜素红的降解机理与降解路径。本文主要结论如下:(1)实验研究了外加电压和氧气流量对臭氧浓度的影响,并且对气体中臭氧浓度和溶解于水中的臭氧浓度进行了比较。结果表明,随着外加电压的提高,臭氧浓度不断上升;氧气流量的增加,使臭氧浓度先升高后降低,在外加电压为2.4 kV,氧气流量5 L/min时,气体中的臭氧浓度达到35.9 mg/L,水中的臭氧浓度为13.4 mg/L。(2)研究了不同因素对茜素红降解效果的影响。通过正交实验得到外加电压、溶液初始浓度和溶液初始pH对茜素红降解效率的影响顺序为:溶液初始pH>溶液初始浓度>外加电压。结合(1)得出最佳实验条件为:外加电压3.0 kV,溶液初始浓度为50 mg/L,pH为7.39,氧气流量4 L/min。(3)对各因素在强电离放电降解茜素红的反应过程进行了动力学分析,实验结果表明,各因素下的反应过程符合一级动力学方程,且对应的最低R2值分别为0.95682、0.9439、0.9391、0.90091和0.93686,表明-ln([A]0/[A])与时间t有着良好的线性关系。(4)采用强电离放电方法对模拟染料废水茜素红进行降解,处理1 t废水耗电量为0.593 kW·h,所需费用为0.297元。与其他染料废水处理方法的电费相比较,该方法具有运行费用低的特点。(5)采用了TOC、COD、UV-Vis、HPLC、LC-MS、GC-MS、和IC等科学分析手段对茜素红染料分子的降解机理和降解路径进行了研究。经分析检测到的中间产物有邻羟基苯甲酸、邻苯二甲酸酐、1,2-萘二羧酸和1,4,5,8-四羟基蒽醌双酚、1,4-丁烯二酸、2-氧代丁酸、1,4-丁二醇或草酸或1,4-丁二醇和草酸、丙酸或丁醇或丙酸和丁醇等物质。
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