Electro-Fenton催化有机污染物研究解析

科研训练报告书xxx20233225化学工程与工艺2023-3姚运金教师

2023年7月Electro-Fenton催化有机污染物争论Electro-Fenton催化有机污染物争论摘要：Electro-Fenton〔电芬顿法〕是芬顿(Fenton)试剂和电解法集于一体的新型电芬顿试剂处理有机污染物的新方法这种处理方法，以活性炭纤维为阴极铁为阳极，并向阴极不断通入空气，通过电解产生Fenton试剂，对有机污染物进展氧化降解。试验结果显示：以不锈钢片作为电极对模拟沉积物进展电芬顿处理，在外加电压9v、初始PH值为3的条件下，处理后六氯苯的去除率可达56.7%。关键词：电芬顿Electro-Fenton电解芬顿试剂有机污染物1引言中国梦是国家富强、民族振兴、人民幸福的梦。实现中国梦，必需乐观回应并不断满足人民群众日益猛烈的环境诉求，实现生产进展、生活富有、生态良好的进展目标。随着经济的高速进展与人民生活水乎的不断提高，由此所带来的环境污染已经成为一项亟待解决的麻烦问题，其中水污染是这些污染问题中最被人们所关心的焦点。目前，废水排放不但数量急剧增多，而且其浓度与毒性也大幅提高，甚至有些废水未经处理就直接排放，这不仅严峻污染水资源，更直接危害人类安康。三硝基甲苯制备中所产生的废水含有剧毒有机物质，如三硝基甲苯、二硝基甲苯等，假设不作适当处理再行排放，不仅不符合法规标准，对环境与人类安康也有严峻危害。因此三硝基甲苯废水的有效处理方法成为该领域的争论热点。目前，废水处理方法大体可分为物理处理和化学处理两大类。其中物理处理方包括萃取法、吸附法、混凝沉淀法等，物理方法处理三硝基甲苯废水时其效果不佳，且反响缓慢、可能造成二次污染等缺点，故现今多偏向使用化学方法来处理该类废水。化学方法主要以氧化法为主，其中高级氧化程序已被广泛深入的争论。高级氧化程序主要是利用具有猛烈氧化力气的氢氧自由基来氧化破坏有机物，且反响可在室温下进展。2简介Fentonprocess芬顿试剂是Fe2+和H2O2共同组成的氧化体系Fe2++H202=Fe3++OH+OH·RH+OH·=R·+H20R·+Fe3+=R++Fe2+R++02=ROO+_……_C02+H2O[牺牲阳极电Fenton方法是一种新型的处理方法，电极反响式如下：阳极：Fe-2e=Fe2+阴极O2+2H++2e=H202因此在一样的时间内，在电解槽内将生成一样物质数量的Fe2+和H2O2，从而使得随后进展的生成Fenton试剂的化学反响得以实现。电解槽中，电解的同时，阳极溶出的新生态、高活性铁离子与水又有很强的水解一聚合趋势，可以生成吸附性极强的Fe(OH)3nFe(OH)：·mFe(OH)，(n，m=1，2…)，从而具有确定的絮凝作用。在活性羟基自由基的氧化作用及活性铁离子的絮凝作用的协同作用下，使有毒废水得以降解。2.2本课题争论的目标全面了解电芬顿法对有机污染物的作用原理，找出解决污染物的方法，改进方法，让科学技术真正在生产运用中发挥其作用。让它更好的为经济效劳，为可持续进展效劳，为人类效劳。2.3该课题争论意义科学的方法治理环境，使之变得更奇异。降低治理污染本钱，实现绿色治理。3．1电极材料电极材料的争论始终都是电化学氧化的热点。阳极材料究集中在对Pt和涂布硼砂的金刚碳(BDD)以及其他具有析氧电位的惰性材料为主。而阴极材料主要发生两电子复原应，目前争论较多的有：多孔石墨、碳一PTFE、活性炭纤(ACF)等。在阴电圾争论方面，石墨、碳一PTFE电极由于其较强的吸附催化性能而得到广泛应用。ACF样作为一种具有较高吸附性能的碳类电极材料。纳米材料电极在EF系统也有应用。3电芬顿技术在水处理中的争论进展3．2电解池构造争论目前的争论中最常见电解池是阴阳极一体式电解系统。此外，还有一种在电极之间区域填充颗粒状工作电极的三维电极系统。三维电极装置设置包括阳极区填充外表负载掺Sb(铅)的SnO2(二氧化锡)的多孔钛，阴极区填充网状玻璃态碳，中间以Nation膜隔开。有机物在阳极区域直接降解；在阴极区通过EF法被氧化。也有争论对实际染料废水做了类似的尝试，其在阴极室填充了一些石墨拉西环，在底部输入溶液和氧气。。4．1Fe2+加量对苯酚去除效果的影响Fe2+对有机物去除的力气把握变量法得Fe2+浓度为1.0mmol时有机物去除率最高4．2PH值对去除效果的影响为了考察pH值的变化对苯酚废水去除效果的影响，试验确定的反响条件为：Fe2+投加量为1mmol／L，电解电压为9V，曝气强度为25mL／s。苯酚去除率和pH值变化的关系曲线如图3所示由曲线的PH过低发生副反响2H++2e-一H2反响猛烈影响双氧水的生成由曲线得PH过高阴极生成H2O2的反响不能进展Fe2+会与OH一离子反响生成氢氧化物沉淀而失去催化活性芬顿试剂一般在3．0—5．0范围内·OH生成率最大4．3电压对苯酚去除效果的影响为了考察电压值的变化对苯酚废水去除效果的影响，把握变量法得图4为不同电压值的变化对苯酚去除率的影响。在反响器一样的条件下，对于能量的输入要求也会存在一个极限值。当反响时间内所输入的能量假设没有到达极限时，随着输入能量的增大，则表现为去除效果增大；假设在反响时间内所输入的能量大于极限值，会促使副反响的发生，使去除效果减小。在9V处理电压下苯酚废水经电解处理后，去除率到达最大值87．5％4．4曝气强度对苯酚去除效果的影响在阴极电芬顿反响中，曝气1.起到了供给氧气使其快速生成H202的作用，2.在反响中还能够进一步提高传质效率。把握变量法〔PH=3〕不同曝气强度值对苯酚废水污染物去除率的影响如图5所示。氧气可在阴极发生O2+2H++2e=H202，并进一步参与芬顿反响中有机物的降解。减慢体系中铁盐的混凝作用。当向电解槽通人过多的氧气时，过量的氧气会和溶液中的Fe2+发生反响，从而使芬顿反响受到抑制，以至于苯酚去除率会有所下降.试验中选择曝气强度为25mL／s是比较适宜的，此时苯酚的去除率到达了87．5％。4.5试验方法自制电解槽25cm×20cm×20cm，铁板面积15cm×15cm，多孔石墨面积15cm×15cm；Na2s04(化学纯)；小型曝气装置(武汉科技环保技术)。试验工艺流程如图1所示。取确定质量浓度的有机污染物水样〔例如苯酚〕10L放人自制的电解槽中，调整固定板之间的距离为9cm.为了减小阴阳极生成的Fe2+和H2O2在溶液中传输过程的浓差极化，可对电解槽中的溶液进展搅拌，并投以确定浓度的Na2SO溶液作为支持电解质，以保证反响的顺当进展。浓度定为5g/L，Fe2+投入量为1mmol/L,用少量硫酸调整污染物试剂最正确的pH为3-3.5.在阴极以确定的速率通人空气，速率定为25ml/s。通过调整直流稳压电源使电化学反响在9v