渗滤液生化出水中Cu-DOMs的电氧化破络效果与机制

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JYCheng
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垃圾渗滤液中含有的高浓度溶解性有机物和高浓度铜(Ⅱ)易发生络合,形成的Cu-DOMs具有更强的迁移扩散能力和生物毒性,对环境存在潜在威胁。但由于螯合金属非常稳定,大多数现有技术不能满足其处理要求;且由于缺乏行之有效的实际废水中Cu-DOMs定量和定性分析方法,致使目前对高浓度重金属和溶解性有机物存在的垃圾渗滤液等实际废水中破络研究困难。本课题采用具有高效低耗和清洁简易等突出优势的电化学氧化技术处理垃圾渗滤液生化出水中的Cu-DOMs,以亚氧化钛膜材料为阳极,构建了一体式垃圾渗滤液膜电极破络装置,建立了垃圾渗滤液生化出水中Cu-DOMs定量和定性分析方法,并进行参数优化和破络机制探究,对电氧化破络的推广应用具有重要意义。本课题通过对亚氧化钛膜材料进行电极表征测试,证明其以大孔为主的丰富孔洞结构,较大的电化学活性表面积赋予该材料更多电化学活性位点,且本实验所用亚氧化钛膜电极主要由高导电性的Ti4O7组成;电化学性能测试结果表明阳极表面的电荷传输较快,有利于有机物在电极表面直接与电极或活性物种进行电子转移;较高的电化学稳定性和较高的析氧电位突出了亚氧化钛膜电极的应用优势。通过设计外加铜的平行法和稀释法两种方案,建立了350 nm固定波长下的微分对数变换吸光度(Dln A350)与渗滤液生化出水中Cu-DOMs浓度的线性关系;差分光谱曲线分峰拟合的结果表明,水样中Cu-DOMs浓度与波长250 nm(ΔA250)和400 nm(ΔA400)附近的高斯峰峰强呈负相关关系。在此基础上,通过改变电流密度、初始Cl-浓度、初始p H和电解时间,结果表明,无需外加Cl-(3 300 mg L-1),p H=6.63的条件下,电流密度为20 m A cm-2时电解90 min,可以达到最佳去除率47.4%。在最佳运行条件下,结合不同电解时间水样对应的三维荧光光谱(3D-EEM)、电子自旋共振谱(ESR)、紫外全谱(UV-vis)和傅里叶红外光谱(FT-IR)分析结果,探究了电氧化破络机制:对于Cu-DOMs而言,电氧化生成的活性氯、·OH、Cl O2·等强氧化性活性物种,会通过攻击其中DOMs配体的C-N实现脱羧,或攻击Cu-O,破坏多羟基酚、羧基等基团与Cu(Ⅱ)的键合,转化为NH4+、NO3-、N2和CO2等;游离出的Cu(Ⅱ)在阴极还原为Cu~0或生成碱式碳酸铜。通过排阻色谱法分析破络过程中分子量分布情况,AMW>10 k Da的部分所占比例明显降低,更多地转化为小分子有机物;对0 min、30 min和90 min的水样的树脂分级结果表明,电氧化过程可以实现类腐殖酸等疏水性有机物向半亲水和亲水性有机物的转变,从这两个角度考察DOMs的变化过程,均有利于Cu-DOMs络合物的去除。
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