B4215+电解油漆废水

1、 本科生毕业论文 毕业论文题目 电解油漆废水 学 生 姓 名 杨成杰 所 在 学 院 化学化工学院 专业及班级 应化0901班 指 导 教 师 刘天晴教授 完 成 日 期 2013年5月13日 1. 概述1.1 油漆废水油漆的生产和应用已有悠久的历史，早在几千年前我国就已开始使用油漆，当时使用的油漆是从漆树上采取的漆液加工成天然漆。如从桐油籽榨取桐油，加工炼制成熟桐油，然后加或不加天然颜料（如红土、银朱等）而制成的。现代由于合成材料的出现，给油漆原料开辟了新的来源。当广泛的利用各种合成材料合成树脂、颜料及有机溶剂等来制造油漆后，具有多种多样的性能的新品种就日新月异的增加起来了。这也就是现在人们

2、所熟悉的油漆涂料。在油漆涂料生产过程中产生排放的废水含有铅化物的重金属有毒有害物质。铅是目前最广泛的污染元素，其对造血系统的危害作用主要涉及大脑、小脑以及脊髓和周围神经。铅化物毒性很大，主要通过饮用水和食物进入人体。因此油漆涂料废水对水域的危害和对人类的健康威胁巨大，必须对其进行有效的治理。本文是通过采用膜电解技术来对油漆废水中的铅化物等重金属的有毒有害物质进行电解处理的。1.2 膜电解技术膜电解技术是近十几年来才兴起的一种新式的科学技术，它是在电解的基础上添加了离子交换膜，因而膜电解技术既有电解技术的优点又具有膜技术的优点。膜电解技术是在普通的电解技术的基础上通过添加离子交换膜把电解槽分开，

3、从而达到快速分离电解物的目的。被分开的电解槽又被称作阴极室、阳极室，或者是阴阳极室。膜电解法在污水及废水处理、回收金属等方面有重要的应用，并且展现出了极大的应用前景。膜电解法具有电解和电渗析的多种优点，同时也有它的独特优势，是一种综合的电解方法。因为离子交换膜的性质特点，使得离子交换膜对于离子的通过具有选择性，在电解过程中可以避免有毒有害物质的析出，或者是只析出特定的某些物质，从而达到去除油漆废水中的污染物或是有毒有害重金属的目的。2 电解油漆废水的部件选择2.1 离子交换膜的选择在油漆废水的膜电解法工艺中，电解槽中间装设离子交换膜，这样就可以把电解槽分为阴极室与阳极室。然后在直流电场力的作用

4、下，阴阳离子会发生氧化还原反应，而中间的离子交换膜对于电解液中的离子具有选择性，因而可以达到离子交换富集的目的。离子交换膜作为油漆废水处理中的关键部分，需要满足以下的几个要求：（1） 膜的交换容量应该足够大，并且难以阻塞，以保证电解过程的不间断性；（2） 膜的使用寿命足够长，生产成本不应该太高；（3） 膜电阻应该比较小，同时要有极强的抗酸碱腐蚀和抗氧化的能力；根据电解油漆废水的特点，采用的离子交换膜的具体参数如表1所示。表1 离子交换膜的性能参数2.2 电极材料的选择电解过程中，电极装置是核心的部件，电解反应也会在电极上进行。所以说，电极材料对于电解的效果和结果有着重要的影响作用。选择电极材料

5、时，主要考虑电极材料的使用寿命和电解能耗两个因素。在电解油漆废水的实际工艺中，电极材料的选择还应考虑以下的因素：（1） 容易电解，具有高导电性；（2） 有稳定的化学性能；（3） 价格低廉，且过电位低；综合考虑以上因素，在电解油漆废水的实际工艺中选择了石墨作为阳极材料，不锈钢片做阴极。在电解开始前，要事先对电极材料进行打磨、酸洗、水洗等处理，保证电极的光滑、洁净。2.3 电解槽电解油漆废水的电解槽形状为圆柱形，材料是硬质聚氯乙烯塑料制作成的。在阳极室与阴极室的上部分别设置了液体的加入口，从而可以方便的加入电解液，也可以保证在电解过程中电解液不易流出，同时在两端布设有导电电极。3 电解油漆废水的实

6、验及原理3.1 单阳膜二极室电解法实验及原理实验是在室温条件下进行的，采用了异相型的3361C型的阳离子交换膜，电解电流为200mA,阳极液采用的是60mL的NaOH溶液，浓度为0.5mol/L,阴极液采用的是含有PbS的油漆废水溶液，将溶液的PH值调到。电解时，阳极液中的钠离子可以通过阳离子交换膜到阴极室，而阴极室的硫离子却不能通过阳离子交换膜到阳极室。根据阴极和阳极的反应方程式可以知道，金属铅离子在阴极室得到电子形成金属铅单质，阳极室的OH失去电子而放出氧气和H+，在实验的初期，阳极室中的H+可以通过阳离子交换膜语阴极室中的OH发生中和反应。但是随着电解时间的持续进行，阳极室的PH值会不断

7、的降低，并且阴极室中的铅离子的浓度也不断的减小，钠离子的浓度逐渐升高。单阳膜电解的优势是在两个电极释放出的气体是氢气和氧气，这两种气体对环境没有污染，而且阳极也不易氧化，这样其使用的寿命会较长一些。3.2 单阳膜二极室电解法实验结果分析（1）铅的析出率与电解时间、铅离子浓度的关系在设定的电解条件下，测定在不同的电解时间下，电解液中的铅离子浓度的变化。将电解时间分别取为0h、4h、8h、12h、16h、20h、24h、28h、32h时，分别测定出铅析出率及铅离子的浓度。测定结果如表2所示。由表2可以看出，金属铅离子的析出率随着电解时间的增加而增大，在持续电解32个小时后，金属铅离子的析出率达到了

8、93%以上。在电解反应进行的过程中，阳极室内的H2O发生分解反应放出氧气和H+，虽然H+和该室中的OH会中和反应一部分，但是也会有少量的氢离子进入到阴极室，与此同时阳极室中少量的钠离子也会进入到阴极室，对实验效果有一定的影响。表2 铅离子析出率与电解时间的关系（2）电解时间与电流效率的关系膜电解的条件均相同，取测定的时间分别是0h、2h、4h、6h、8h、12h、16h、20h、24h、28h、32h，得到的数据如下表3所示。表3 电解时间与电流效率的关系根据表3可以看出，随着电解时间的不断增加，电流效率的下降趋势是很明显的，在电解进行32h之后，电流的效率由93.2%降到了71.9%。（3）

9、铅的析出率与电解液PH值的关系在电解的条件状况都相同的情况下，用氢氧化钠和浓硫酸分别将电解液的PH值调整到2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5之后进行膜电解的实验。金属铅离子的析出率与PH值得关系变化情况如表4所示。表4 金属铅离子的析出率随PH值的变化情况由表4可以看出，金属铅离子的析出率随着电解液PH值得增大而呈现上升趋势，当PH值在4.5左右时，金属铅离子的析出率达到了84%以上。实验结果表明PH值保持在44.5之间比较合适。3.3 单阴膜二极室电解法实验及原理该实验同样是在室温的条件下进行的，采用的是异相型3362A型的阴离子交换膜。电解电流为200mA，阳极液均为60mL的Na

10、OH溶液，浓度为0.5mol/L，阴极液采用的是含有PbS的油漆废水，将溶液的PH值调整到4.5。电解过程中，阴极室中的硫离子可以通过阴离子交换膜进入到阳极室，最后会在阳极上产生氧气，而阳极室中的氢离子却不能通过阴离子的交换膜。这样也就避免了对金属铅的沉积富集产生不良的影响，同时也抑制了氢气的产生，提高了电流的利用效率，而且阳极室中产生的氢离子和阴极室中的OH也会发生中和，这样也就有利于对于金属铅的沉淀富集。3.4 单阴膜二极室电解法实验结果分析（1） 铅的析出率与电解时间、铅离子浓度的关系在设定的电解条件下，测定在不同的电解时间下，电解液中的铅离子浓度的变化。将电解时间分别取为0h、4h、8

11、h、12h、16h、20h、24h、28h、32h时，分别测定出铅析出率及铅离子的浓度。测定结果如表2所示。表5 铅离子析出率与电解时间的关系从表5可以看出，该装置对于铅离子的析出率较高，电解的效果要比单阳极要好。在电解进行了32h之后，金属铅的析出率达到了97%，效果较好。在电解实验进行的过程中，阳极室产生的氢离子大部分会与阳极液中的OH中和，同时布设的阴离子交换膜也会阻止氢离子的通过，因而实验效果良好，金属铅的沉淀富集效果明显，回收效率也得到了有效的提高。（2）电解时间与电流效率的关系膜电解的条件均相同，取测定的时间分别是0h、2h、4h、6h、8h、12h、16h、20h、24h、28h

12、、32h，得到的数据如下表6所示。表6 电解时间与电流效率的关系由表6可以看出，随着电解时间的持续进行，电流效率有明显的下降趋势，在电解进行了32h之后，电流的效率由96.8%下降到了78.9%。（3）铅的析出率与电解液PH值的关系在电解的条件状况都相同的情况下，用氢氧化钠和浓硫酸分别将电解液的PH值调整到2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5之后进行膜电解的实验。金属铅离子的析出率与PH值得关系变化情况如表7所示。表7 金属铅离子的析出率随PH值的变化情况由表7可以看出，金属铅离子的析出率随着电解液PH值得增大而呈现上升趋势，当PH值在4.5左右时，金属铅离子的析出率达到了85%以上。实验结果表明PH值保持在44.5之间比较合适。将单阳模、单阴膜的电解实验与常规的电解实验进行对比。由于常规的电解法在电解过程中产生的大量氢离子而影响铅的富集回收的效果。而膜电解法因为膜的选择通过性，对于离子的通过具有选择性，从而大大提高了金属铅的电流效率和处理效果。另外，在以上的单膜电解法