电催化氧化法处理阳离子染料废水试验研究

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阳离子染料(Cationic dyes)因其分子中带有一个季铵阳离子而得名。随着我国聚丙烯腈纤维需求量的大量增长,其良好的发色性和坚牢度等特性使其在整个印染行业中的使用量迅速扩大。经阳离子染料染色后产生的废水具有成分复杂、CODcr浓度高、含盐量高、色度达几万倍至几十万倍、可生化性差等特点。因此,单一的传统工艺很难将其彻底降解,而采用膜分离、光催化等技术成本过高。本课题通过采用静态模拟实验对电催化氧化阳离子染料废水试验条件进行优化。通过正交实验和单因素影响实验得出电催化处理模拟阳离子染料结晶紫溶液最佳工作条件:pH值为9.41、电流密度为5.1mA/cm2、电解质浓度为5g/L、电解时间50min。通过不同电解质对比实验分析可知,在溶液中投加NaCl电解质较Na2S04电解质具有较好的电催化效果。通过验证试验得出,本电极最佳工作条件大体适用于其他种类阳离子染料的降解脱色且能达到较高的脱色率。结晶紫染料分子共有三个吸收峰,分别为248nm、300nm、582nm。在可见光区582nm处的吸收带为发色团吸收带,紫外区248nm、300nm处的吸收带为苯的精细结构吸收带。通过光谱扫描及推导可知,结晶紫染料分子在金属铌覆盖掺硼金刚石膜电极电解催化条件下,其染料分子首先形成三芳基甲基自由基,与羟基自由基、次氯酸等结合生成化合物NN-二甲基苯胺和苯胺酸;NN-二甲基苯胺随着电解过程与羟基自由基形成N-甲基苯胺或与质子结合形成NN-二甲基苯胺,NN-二甲基苯胺随催化过程的进行生成化合物N-甲基苯胺,N-甲基苯胺随着进一步的脱甲基、脱氨基和脱羧基等反应最终形成氨、二氧化碳和水;对氨基苯甲酸通过电催化氧化经去甲基最终生成苯胺酸,苯胺酸再经脱甲基、脱氨基、脱羧基等最终形成氨、二氧化碳和水。最终体系中阳离子染料发色基团完全断裂,结晶紫染料结构遭到破坏,溶液色度得以去除。通过采用絮凝沉淀+电催化氧化组合工艺处理从化某印染厂阳离子染料废水,其印染废水经絮凝沉淀后废水出水pH为9.4、CODcr为1087mg/L、色度为3336倍,CODcr和色度去除率分别为62.05%、30.5%;经絮凝沉淀后出水经电催化氧化处理后出水CODcr为664mg/L、色度为40倍,出水pH呈碱性。整体装置印染废水CODcr从2860mg/L降至664mg/L,总体降解率为76.7%;色度从4000倍降至40倍,降解率为99.0%,说明组合工艺对阳离子染料废水具有较好的处理效果。根据试验成本估算可知,采用絮凝沉淀+电催化氧化组合工艺处理从化某印染厂印染废水其处理成本约1.77元/吨,较现有絮凝沉淀+水解酸化+接触氧化+气浮组合工艺成本1.5元/吨高出0.27元/吨。但综合工程占地面积和工程造价等建造费用,电催化具有占地面积小等特点,出水水质也较原有工艺较好。总体来说,本试验电催化氧化工艺在得到进一步的优化后可用于实际生产应用。
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