K2S2O8强化/氧化降解铜氰络合物废水研究

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近年来,随着社会经济发展含氰废水污染问题日益显著,电镀废水是重金属污染及含氰废水污染的主要来源之一。电镀废水中不仅含有铜、镍、铬等多种重金属污染物,同时也含有CN-、焦磷酸盐、EDTA等络合剂。尤其氰化镀铜工艺的漂洗水中常含有游离CN-和Cu(CN)32-。常规的沉淀、混凝等方法难以将Cu(CN)32-等络合态的CN-有效去除,因此高级氧化法应运而生。过氧化氢(H2O2)、过硫酸钾(K2S2O8)等绿色氧化剂越来越多受到人们关注。这些绿色氧化剂自身氧化性能不强,但是经过紫外光照射,电和过渡金属等的活化后,能够产生强氧化性的羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO4.-),这些强氧化性的自由基不仅可以高效氧化去除几乎所有的污染物,并且对污染物还没有选择性。与过氧化氢相比,过硫酸钾更易于保存及运输,因此本论文采用过硫酸钾作为高级氧化剂,详细讨论了过硫酸钾与Cu(CN)32-的反应机制,以及过硫酸钾强化电化学氧化去除Cu(CN)32-的反应机制。含氰废水具有毒性大,污染范围广,污染时间久,难以处理等特点。针对以上特点,旨在探索高效、环保、节能的处理氰化物方法。本论文研究内容与结果如下:1.首先研究了K2S2O8氧化Cu(CN)32-的效率与机制。过硫酸钾作为一种绿色清洁氧化剂,目前被广泛应用于有机污染物废水的处理。采用均相过硫酸钾对Cu(CN)32-中CN-进行降解,详细研究过硫酸钾投加量、铜氰络合比对CN-去除率的影响;当过硫酸钾量为2 mmol/L,反应时间为60 min时,CN-的去除率可达89.6%。Cu+被氧化为Cu2+并且以氧化铜的形式存在于沉淀中。采用电子自旋共振波谱仪和自由基猝灭实验对反应过程中可能的自由基进行研究,结果表明在过硫酸钾氧化去除CN-的过程中,既存在硫酸根自由基氧化途径,又存在非自由基氧化途径。2.K2S2O8可以强化电化学对Cu(CN)32-的氧化作用。利用钛钌网(RuO2/Ti)作为阳极,不锈钢作为阴极,采用过硫酸钾在碱性条件下强化电化学氧化去除Cu(CN)32-。单独的电化学氧化,反应6 min,CN-的去除率为19.4%,而投加2 mM过硫酸钾后,反应相同时间CN-的去除率高达82.1%。反应30 min后,CN-的浓度从0.84 mM降低到0.02 mM,去除率高达97.5%。采用SEM-EDX,XPS,XRD and in situ Raman等技术对反应后电极上的负载物进行了表征,证明阳极上的负载物为CuO(氧化铜),并且随着过硫酸钾量的增加,阳极上负载的氧化铜的量逐渐增多。氧化铜同样能够活化过硫酸钾,不产生强氧化性自由基但能极大提高过硫酸钾自身氧化性能,同样能够促进CN-的去除。最后采用电子自旋共振技术,检测了反应过程中自由基情况,ESR结果表明反应过程汇总有羟基自由基和硫酸根自由基生成。在氰化物去除过程中,强氧化性自由基和阳极上的氧化铜是强化电化学氧化去除氰化物的主要因素。反应的最终产物主要是CNO-。3、不同工艺去除氰化物废水对比。在影响因素、效率以及反应机制上比较了过硫酸钾氧化去除铜氰废水和电化学氧化去除铜氰废水的不同之处,通过ESR(电子自旋共振波谱仪)、XRD(X射线衍射仪)、XPS(X射线光电子能谱仪)对结果做了进一步表征,展现不同工艺的差异。
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