利用三維電極電催化氧化處理鄰氯苯胺廢水的探討

摘 要：本文首先對三維電極的反應(yīng)原理進行簡單概述，并分析利用三維電極電催化氧化處理鄰氯苯胺廢水的方法，以及主要的處理過程與處理結(jié)果。實驗結(jié)果表明了三維電極電催化氧化方法在鄰氯苯胺廢水處理上取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：三維電極;電催化氧化;鄰氯苯胺

1 引言

在鄰氯苯胺廢水的處理上，主要處理方法有物理吸附、化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化等方法，其中三維電極電催化氧化處理技術(shù)屬于一種電化學(xué)氧化方法，具有不產(chǎn)生二次污染、催化效率高、操作方式簡單等優(yōu)勢，在鄰氯苯胺廢水的處理上逐漸得到了普遍應(yīng)用。

2 三維電極反應(yīng)原理

三維電極是在二維電極的基礎(chǔ)上，在陰極和陽極中間填充粒子作為第三電極，也被稱為復(fù)極性電極，在陰極和陽極產(chǎn)生的電場作用下，電解槽內(nèi)增加無數(shù)微電極，使得電解槽的面體比增加，從而加快降解廢水中的有機物[1]。三維電極反應(yīng)裝置由電源、陰陽極板、反應(yīng)器、粒子電極填料和供氣裝置等組成。在廢水有機物催化氧化過程中，具體可以分為直接氧化與間接氧化兩種方式，其中直接氧化是指將有機物在陽極進行氧化，對有機物進行降解;間接氧化是指在溶液當(dāng)中溶解的氧，以及外界提供的氧和陽極電解產(chǎn)生的氧，在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，通過生成H2O2對有機物進行降解。電極上具有金屬催化劑，可以使H2O2進一步生成·OH，與H2O2共同參與三維電極電催化氧化反應(yīng)。

3 利用三維電極電催化氧化處理鄰氯苯胺廢水

在利用三維電極電催化氧化方法處理鄰氯苯胺廢水的研究中，進行了如下實驗，以下是實驗過程及實驗結(jié)果。

3.1 實驗過程

實驗所涉及的材料主要分為試劑與實驗儀器，試劑選用了鄰氯苯胺、濃硫酸、氫氧化鈉以及無水硫酸鈉。實驗儀器選擇了三維電極電化學(xué)反應(yīng)器，組成部分包括電極、電解槽、磁力攪拌器與電源。其中電解槽有效容積8×5×8cm，組成材料為聚丙烯。陰極所用材料為不銹鋼板，陽極所用材料為石墨板，內(nèi)部填充物為活性炭，經(jīng)過物理吸附飽和。電源選用了電壓和電流穩(wěn)定的直流電源，同時選用了磁力攪拌器，促進活性炭在反應(yīng)器中均勻分布。實驗測量儀器上選擇了CM-02型臺式COD測定儀，以及TU-1810型號的紫外-可見光吸收光譜儀。

在實驗操作方法上，首先稱量一定數(shù)量的鄰氯苯胺，然后加入去離子水配制溶液模擬鄰氯苯胺廢水，濃度為0.075%。溶液的初始COD為1848.45mg/L，pH值為6.0，然后選取15.00g活性炭，浸泡于相同濃度的鄰氯苯胺溶液中，在吸附飽和后進行過濾和烘干，以減少對實驗的干擾作用，并將活性炭填充于電解槽，作為粒子電極。選取0.075%濃度鄰氯苯胺溶液200mL，加入三維電極反應(yīng)器，然后設(shè)置不同的反應(yīng)條件，進行電催化氧化反應(yīng)，在反應(yīng)進行到規(guī)定時間后，進行取樣分析。

在實驗的分析方法上，主要分析指標(biāo)為COD即化學(xué)需氧量，也就是運用化學(xué)氧化劑對水中能夠氧化的物質(zhì)進行氧化，并通過殘留氧化劑含量計算耗氧量。在該項實驗中，對電解前后COD進行測量，得出鄰氯苯胺溶液氧化程度。

3.2 實驗結(jié)果

根據(jù)對實驗結(jié)果的分析，影響鄰氯苯胺溶液COD去除率的因素主要有以下幾方面。

3.2.1 槽電壓

槽電壓在鄰氯苯胺廢水電催化氧化處理過程中，起到了促進三維電極反應(yīng)器中導(dǎo)電離子復(fù)極化的作用，是鄰氯苯胺溶液COD去除率的重要影響因素。分析實驗結(jié)果表明，在操作條件相同時，隨著槽電壓增大，鄰氯苯胺溶液COD去除率也隨之增加，原因在于電流密度與槽電壓成正比，電流密度變大時被極化的活性炭數(shù)量增加，增大了有效電極面積。

3.2.2 溶液初始pH值

在實驗過程中將溶液初始pH值從1.0調(diào)整到13.0并分析實驗結(jié)果，表明在操作條件相同時，酸性條件下COD去除率要高于堿性條件，在pH為13.0時COD去除率為92.80%，在pH為3.0時COD去除率為97.50%，pH在3以下時，COD去除率呈現(xiàn)下降趨勢。

3.2.3 電解時間

在其他條件相同情況下調(diào)節(jié)電解時間，分析結(jié)果表明，在電解時間達到10min時COD去除率為95.15%，延長電解時間至60min，COD去除率呈平緩增加趨勢，電解時間達到60min時為98.51%，說明該反應(yīng)屬于快速氧化反應(yīng)，反應(yīng)過程主要集中在10min以內(nèi)，而后電解時間對COD去除率影響不大。

3.2.4 極板間距

在其他條件相同情況下調(diào)節(jié)極板間距，分別為2、3、4、5、6cm，結(jié)果表明極板間距與COD去除率成反比，極板間距2cm時COD去除率97.50%，6cm時下降到88.06%，說明電極板間距減小會增加電極之間的作用力，縮短對流與擴散傳質(zhì)距離，起到了增強傳質(zhì)效果的作用，因此提升了COD去除率。

4 結(jié)論

通過實驗證明了三維電極電催化氧化方法對于鄰氯苯胺廢水COD具有良好的去除作用。根據(jù)不同影響因素的研究，表明槽電壓在15V、溶液初始pH在3.0、電解時間30min、極板間距2cm時COD去除率達到最高。

參考文獻：

[1]張顯峰，王德軍，趙朝成，等.三維電極電催化氧化法處理廢水的研究進展[J].化工環(huán)保，2016（3）：250-255.

作者簡介：

邱志剛（1973- ），男，江蘇如皋人，漢族，現(xiàn)職稱：高級經(jīng)濟師，學(xué)歷：本科，研究方向：化工管理。