苯胺作為一種有機(jī)污染物，是對(duì)人體健康具有“致癌、致畸、致突變”的三致物質(zhì)。苯胺在環(huán)境中具有長(zhǎng)期的殘留性，對(duì)地下水與地表水造成污染，被美國(guó)EPA列為優(yōu)先控制的129種污染物之一，也被列入“中國(guó)環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單”中。目前，國(guó)內(nèi)每年生產(chǎn)苯胺80000t以上，其下游產(chǎn)品有150余種，全世界每年排入環(huán)境中的苯胺約為30000t。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，苯胺的使用需求及使用量越來(lái)越多，進(jìn)入環(huán)境的苯胺也會(huì)越來(lái)越多，對(duì)環(huán)境造成的危害也會(huì)越來(lái)越大，因此開展對(duì)苯胺廢水的研究更具有直接現(xiàn)實(shí)意義。

　　苯胺是一種典型的難降解有機(jī)物，傳統(tǒng)的處理方法比較困難，效率低，處理時(shí)間長(zhǎng)。電催化氧化法是通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)直接降解有機(jī)物，或者通過(guò)陽(yáng)極產(chǎn)生羥基自由基(•HO)、O3等一類的強(qiáng)氧化劑降解有機(jī)物，這種降解途徑使有機(jī)物最終分解CO2和H2O，不易產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物，更符合環(huán)境保護(hù)的要求。它具有處理時(shí)間短設(shè)備簡(jiǎn)單、操作費(fèi)用低、易自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。

　　因此本文主要研究電催化氧化處理苯胺廢水，所用的裝置為自行設(shè)計(jì)，電極為自購(gòu)，以鈦板為陰極，分別以表面鍍釕銥的實(shí)狀和網(wǎng)狀鈦板為陽(yáng)極，來(lái)探究電催化氧化處理實(shí)際工業(yè)苯胺廢水的效率并研究其最佳處理?xiàng)l件。

　　1、實(shí)驗(yàn)

　　1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與材料

　　實(shí)驗(yàn)裝置三維(3D)圖，如圖1(a)、(b)所示，是自行設(shè)計(jì)與組裝，參數(shù)如下：電解槽為有機(jī)玻璃粘制而成，規(guī)格：長(zhǎng)18.5cm、寬15cm、高18.5cm，總理論體積為5L，底部均勻分布六個(gè)曝氣頭。自制電極：陰極為鈦板陽(yáng)極為鈦板表面鍍上釕銥(陰極陽(yáng)極兩套分別為實(shí)板和網(wǎng)狀板，規(guī)格為15cm×15cm)。

　　1.2 水樣 >

　　實(shí)驗(yàn)廢水來(lái)自浙江省嘉興工業(yè)園區(qū)某印染廠排放的污水，主要參數(shù)如下：

　　化學(xué)需氧量(COD)的值為2000～2400mg/L，pH值為4～6，苯胺的濃度為65～75mg/L，色度為100～150倍。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)方法

　　取適量廢水于安裝好陰陽(yáng)極的電解槽中，保持曝氣，待其均勻混合，再開啟直流電源，在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行取樣測(cè)試苯酚濃度和COD大小。

　　1.4 分析方法

　　廢水的COD利用COD快速測(cè)定儀測(cè)定(哈希)，pH值采用pH計(jì)測(cè)定(pHS-2F)，苯胺濃度采用國(guó)標(biāo)法。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 單因素的確定

　　通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，分別考察電極板的形狀、pH值、電解質(zhì)NaCl、電流密度，對(duì)處理效果的影響。

　　2.1.1 電極板結(jié)構(gòu)對(duì)處理效果影響

　　首先考察電極板的結(jié)構(gòu)對(duì)處理效果的影響，分別用實(shí)狀電極和網(wǎng)狀電極處理實(shí)際苯胺廢水，苯胺的濃度為70mg/L，pH為5.41，電流密度為25mA/cm2，電解質(zhì)(NaCl)的濃度為4g/L，處理結(jié)果見圖2

　　通過(guò)觀察圖2可知在處理前30min內(nèi)，無(wú)論是從苯胺還是從COD去除效果網(wǎng)狀電極都明顯優(yōu)于實(shí)板電極。對(duì)于苯胺的處理效果60min后去除率均接近100%，但對(duì)于網(wǎng)狀電極所需的時(shí)間少，節(jié)約成本。與苯胺的去除率相比，COD的去除效果更為明顯。從0～60min網(wǎng)狀電極對(duì)COD的去除率都明顯優(yōu)于實(shí)狀電極，60min后網(wǎng)狀電極對(duì)COD的去除率達(dá)到60%，而實(shí)板電極對(duì)COD的去除率為42%。

　　電極的結(jié)構(gòu)不同，苯胺和COD去除效果存在一定的差異，實(shí)驗(yàn)表明網(wǎng)狀電極的處理效果更具優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)狀電極在降解苯胺廢水的效率上表現(xiàn)更好，可能原因是其和尖端效應(yīng)(電場(chǎng)分布均勻，不規(guī)則的尖端處場(chǎng)強(qiáng)最大，由于冷核聚變產(chǎn)生真空能)有關(guān)。因此后面的實(shí)驗(yàn)將以網(wǎng)狀電極為主。

　　2.1.2 pH對(duì)處理效果的影響

　　在處理實(shí)際苯胺廢水中，苯胺的濃度為70mg/L，電流密度為25mA/cm2，電解質(zhì)(NaCl)的濃度為4g/L，分別在不同pH的條件下，來(lái)探究pH對(duì)苯胺和COD的去除率的影響。

　　通過(guò)圖3(a)可知：在pH3.71～11.30的測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，電催化氧化20min，苯胺去除率均可達(dá)到95%以上，其中pH在5.41左右最高，達(dá)到99%。這可能與ClO-在不同pH存在的形態(tài)有關(guān)。在40min后，通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)苯胺的去除率均可達(dá)到99%以上，表明ClO-在pH=5.41左右對(duì)苯胺的去除效果最佳。從圖3(b)可以發(fā)現(xiàn)：溶液COD的值測(cè)量發(fā)現(xiàn)，pH對(duì)COD的去除率也有一定的影響，在各個(gè)條件下處理60min后，pH=5.41時(shí)COD的去除率最高達(dá)到60%。

　　上述數(shù)據(jù)表明在以陰極為鈦板陽(yáng)極為鈦板表面鍍上釕銥在酸性的條件下處理實(shí)際苯胺廢水的效果更好，且在pH=5.41左右處理對(duì)苯胺及COD的去除率效果最佳。

　　2.1.3 電解質(zhì)NaCl濃度對(duì)處理效果的影響

　　實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)條件：苯胺的初始濃度為70mg/L，pH=5.41，電流密度為25mA/cm2分別投加不同電解質(zhì)濃度，來(lái)探究電解質(zhì)濃度對(duì)苯胺和COD去除率的影響。其結(jié)果如圖4所示

　　通過(guò)圖4(a)我們可以發(fā)現(xiàn)前20min溶液苯胺的濃度差別很大，20～50min差別越來(lái)越小，到50min后苯胺的去除率均接近100%，原因是開始一段時(shí)間內(nèi)活性氯產(chǎn)生量少，隨著反應(yīng)進(jìn)行，溶液中活性氯的量逐漸增加，低濃度的氯化鈉溶液中也能夠產(chǎn)生足夠量的活性氯和苯胺迅速發(fā)生反應(yīng)，最終的去除率均可接近100%。由圖4(b)可知隨著NaCl濃度的升高，氯離子濃度增加，COD的去除率也在提高，因?yàn)槿コ腔钚月群碗姌O對(duì)苯胺及其降解中間產(chǎn)物協(xié)同作用的結(jié)果，氯離子濃度大有利于活性氯的產(chǎn)生，協(xié)同作用加強(qiáng)。

　　上述數(shù)據(jù)表明在以陰極為鈦板陽(yáng)極為鈦板表面鍍上釕銥處理實(shí)際苯胺廢水投加適量的NaCl電解質(zhì)進(jìn)行電催化氧化是有利的。

　　2.1.4 電流密度對(duì)處理效果的影響

　　實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)條件：苯胺的初始濃度為70mg/L，pH=5.41，電解質(zhì)(NaCl)的濃度為4g/L，分別改變不同的電流密度，來(lái)探究電流密度對(duì)苯胺和COD去除率的影響。其結(jié)果如圖5所示。

　　電流密度為單位面積的電量，電流密度增加也就是單位面積電量的增加，有利于溶液中活性氯的產(chǎn)生，增加了活性氯與電極的協(xié)同作用。通過(guò)圖5(a)可知在反應(yīng)的前30min內(nèi)，電流密度對(duì)苯胺的去除率影響較大，顯示為電流密度越大去除效果越好。30min后，苯胺的量變的很少，電流密度的增加對(duì)去除效果的影響不大，且60min后的去除率均接近100%。

　　由圖5(b)可知隨著電流密度的增加，COD的去除率也隨之升高，但電流效率降低，電流密度為25mA/cm2，電解60min后，實(shí)際苯胺廢水COD的濃度從2300mg/L降至910mg/L，COD的去除率為60.43%，電流效率為85.9%。當(dāng)電流密度增加到37.5mA/cm2，實(shí)際苯胺廢水COD的濃度從2300mg/L降至800mg/L，COD的去除率為60.43%，但電流效率下降為44.3%。

　　所以從圖5可知當(dāng)電流密度為25mA/cm2時(shí)，已達(dá)到較高的苯胺和COD的去除率，繼續(xù)增加電流COD的去除率增加放緩，電流效率越來(lái)越低，增大能耗。

　　2.2 正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

　　結(jié)合工藝成本及各單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定3個(gè)水平，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)表安排實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1、表2所示。

　　通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，各因素對(duì)苯胺的去除率影響順序依次為：pH值>處理時(shí)間>電解質(zhì)NaCl的投加量>電流密度。

　　綜合上述單因素及節(jié)約成本綜合結(jié)果分析：電化學(xué)處理苯胺廢水的最優(yōu)條件pH值為5.41，處理時(shí)間為60min，電解質(zhì)NaCl的投加量為4g/L，電流密度為25mA/cm2。在最優(yōu)條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值見表3。

　　3、結(jié)論

　　(1)電極的結(jié)構(gòu)不同，對(duì)苯胺和COD去除效果存在一定的差異，網(wǎng)狀電極的處理效果更具優(yōu)勢(shì)，對(duì)于苯胺的去除網(wǎng)狀電極只需30min就可達(dá)到實(shí)狀電極60min的處理效果，對(duì)于COD的去除，60min后網(wǎng)狀電極對(duì)COD的去除率達(dá)到60.4%，而實(shí)板電極對(duì)COD的去除率僅為42%。

　　(2)以陽(yáng)極為鈦板表面鍍上釕銥陰極為鈦板電催化氧化處理實(shí)際苯胺廢水中，通過(guò)正交研究了pH值、電流密度、處理時(shí)間、電解質(zhì)NaCl的投加量對(duì)苯胺去除率的影響，得出在處理實(shí)際苯胺廢水中，各因素對(duì)苯胺去除率影響大小的順序?yàn)椋簆H值>處理時(shí)間>電解質(zhì)NaCl的投加量>電流密度。

　　(3)通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)、正交實(shí)驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際成本，得出處理實(shí)際苯胺廢水的最佳工藝為pH值為5.41，處理時(shí)間為40min，電解質(zhì)NaCl的投加量為4g/L，電流密度為25mA/cm2，對(duì)苯胺的去除率達(dá)到99%，對(duì)COD的去除率達(dá)到60.4%。( >

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