过硫酸盐强化氮化碳薄膜电极催化降解铜氰络合物并同步回收铜研究

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由于氰化物与金属具有特殊的络合性能而被广泛应用于电镀、矿业、冶金等行业,导致产生大量含有金属配位氰化物的废水。因此,必须将此废水处理后才能排放到自然水体中。本文将含有的铜氰络合物的废水作为处理对象,通过光电氧化技术与过硫酸盐高级氧化技术的结合,对铜氰络合物进行快速降解同时尽可能多的在阴极回收铜。本文采用g-C3N4薄膜电极作为阳极,分别采用钛片、石墨毡(GCF)、聚苯胺负载的石墨毡(PANI/GCF)作为阴极,利用光电催化氧化和过硫酸盐氧化共同降解铜氰络合物。主要研究内容和结果如下:1.阴极采用钛片进行初步实验后发现铜在阴极上没有明显回收,因此以下实验采用具有吸附性能的石墨毡作为新的阴极。通过对比光电催化体系、K2S2O8体系以及外加K2S2O8到光电催化体系,发现在光电催化系统下外加K2S2O8可以有效的提高光电催化降解Cu(CN)32-的效率,并实现铜在阴极上的有效回收;探究了K2S2O8投加量对CN-降解率和铜的回收率的影响,发现当K2S2O8浓度为1 mmol·L-1,偏压为1.0 V时,CN-的去除率和铜的回收率分别达到86.23%和82.11%;采用SEM、EDS和XPS分析阴阳极表面形貌,发现部分铜被氧化以CuO的形式存在于沉淀和阳极表面,大部分铜通过电化学还原作用以单质铜的形式沉积于阴极表面,铜有效的从体系中去除;电子顺磁共振及淬灭实验分析表明,CN-的氧化去除是硫酸根自由基氧化和非自由基氧化共同的作用的结果。2.为进一步提高阴极回收铜的比例,采用石墨毡作为基底,制备出PANI/GCF电极并将其作为新的阴极应用于外加过硫酸盐的光电体系中。结果表明:PANI/GCF电极与GCF电极相比,铜在阴极上的回收率从32.07%提高到57.69%,说明PANI对铜在阴极上回收有很大作用,并且溶液中不再含有沉淀物质,充分达到了回收铜的目的;通过改变CV循环圈数制备不同PANI含量的阴极,结果表明在循环圈数为10圈时,CN-去除率、铜的回收率以及铜的回收分布最为理想而且阴极的形貌最好;通过阴阳极的表征,可以确定铜以零价铜的形式回收到阴极上,以氧化铜和氧化亚铜的形式回收到阳极上。
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