三维电芬顿催化氧化典型电子工业废水效能研究

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电子工业生产途中会大量生成含有机物和重金属的难降解废水,这类废水污染物浓度高,水质差,危害大,难以处理利用。高级氧化目前是处理工业废水最有前景的技术。三维电芬顿是以羟基自由基(·OH)为基础的高级氧化方法之一,相比传统电芬顿因添加了粒子电极具有更高电流效率和更宽的p H适用范围等优点,已在处理难降解废水中取得一定成果,但在处理络合态重金属和水中溴代阻燃剂方面鲜有研究报道。本文以Ni-EDTA、Cu-EDTA及四溴双酚A(TBBPA)为目标污染物,构建了以石墨为阴、阳电极,活性炭颗粒为粒子电极,通过外部投加提供Fe2+及磁力搅拌在阴极原位生成H2O2的三维电芬顿体系。对比了活性炭吸附、电芬顿和三维电芬顿法的处理效果,对三维电芬顿体系的操作参数和共存离子等影响因素进行探究,同时还探究了TBBPA在三维电芬顿体系内的降解途径。研究结果可为三维电芬顿在难降解电子工业废水中的应用提供一定参考。研究结果表明,相同试验条件下,活性炭吸附、电芬顿与三维电芬顿法的处理效果对比显示三维电芬顿的电流效率高,催化氧化性能更好,添加的活性炭颗粒在体系内不仅有吸附作用还增加了电极比表面积,提高了传质效果,发挥了粒子电极的作用,使三维电芬顿对目标污染物的去除率高于活性炭吸附和电芬顿之和。常温下,通过单因素影响试验考察了Fe2+投加量、p H、粒子电极投加量和电流密度对三维电芬顿去除污染物的影响。试验确定最佳操作参数为:水样初始p H为5,电解质(Na2SO4)投加量为2 g/L,Fe2+投加量为1 mmol/L,活性炭投加量为4 g/L,电流密度为10 m A/cm2。该条件下Ni-EDTA、Cu-EDTA反应120 min去除率分别为82.28%和87.26%;TBBPA反应90 min降解率为97.78%,几乎完全降解;混合水样反应120 min后Ni-EDTA、Cu-EDTA及TBBPA去除率分别为55.19%、83.29%和94.97%。水中共存阴阳离子均会对三维电芬顿的处理效果产生影响,试验结果显示Cl-在水中能生成强氧化性Cl O-,Cu2+会发生类芬顿反应,两者对Ni-EDTA、Cu-EDTA、TBBPA及其混合废水的处理效果均有不同程度的促进作用。Cl-对单纯TBBPA废水降解效果的影响最为显著,对络合态重金属及混合模拟废水的影响则不如其明显。当三维电芬顿体系内存在Cl-时,反应60 min,水中TBBPA几乎完全降解,与对照组相比反应时间提前30 min。NO3-、HPO42-和Ni2+因存在竞争吸附关系对污染物的去除有抑制作用,抑制程度为HPO42-﹥NO3-﹥Ni2+。为探究TBBPA在三维电芬顿体系内的降解途径,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定了反应生成的中间产物有以下7种:1-三甲基甲硅烷氧基-3,5-二溴苯、2,6-二溴-4-硝基甲苯、3-溴-4.5-二甲氧基肉桂酸、4-叔丁基苯基缩水甘油醚、双酚A双烯丙基醚、氧烯洛尔和苯甲酸苯酯,通过分析几种低溴产物的分子结构推断在三维电芬顿体系内TBBPA降解主要有C-Br键断裂逐级脱溴和C-C键断裂氧化两种途径。
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