论文部分内容阅读
酸性橙7(AO7)是一种典型的致癌和难降解的偶氮染料。目前,三价铁离子活化过一硫酸盐耦合电解(EC/Fe3+/PMS)体系得到了广泛研究。虽然,EC/Fe3+/PMS体系实现了铁离子在活化过一硫酸盐过程中的循环,却忽略了出水中大量铁离子的存在,而且所使用的阴极材料并不是提高该体系中污染物去除效率和降低EC/Fe3+/PMS体系能耗的最佳选择。由于活性碳纤维(ACF)能够导电且具有催化氧化的能力,因此,本课题对上述体系进行改进,采用活性碳纤维阴极增强电/Fe3+/过一硫酸盐(ACF-阴极/Fe3+/PMS)体系去除水中酸性橙7,为实际工程中处理印染废水提供理论依据和技术支持。
研究评估了AO7在ACF-阴极/Fe3+/PMS体系、Pt-阴极/Fe3+/PMS体系、Fe3+/PMS/ACF体系、EC/ACF体系、ACF吸附体系以及PMS单独氧化体系中的去除效率,其中ACF-阴极/Fe3+/PMS体系在45min时的AO7去除效率最高、一级反应速率常数最大以及矿化率最高。分析了ACF-阴极/Fe3+/PMS体系的一系列影响因素(如初始pH、PMS和Fe3+的投加量、电流密度、电解质浓度、ACF的可再循环性以及不同阴离子),其中最佳运行条件为初始pH值为3.0,初始PMS浓度为0.2mM,初始三价铁离子浓度为0.3mM,电流密度为3.66mA/cm2,电解质浓度为25mM;此外,当ACF被循环再利用10次后,由于前一次运行中沉积在ACF阴极表面上的剩余铁离子被添加到下一次运行中,促进了该体系的去除速率;当在该体系中添加无机阴离子后,氯离子和硝酸根离子对AO7在45min时的去除效率都表现出促进作用,而磷酸二氢根离子对AO7在45min时的去除效率表现出抑制作用。
另外,研究评估了ACF-阴极/Fe3+/PMS体系和Pt-阴极/Fe3+/PMS体系去除水中AO7的每单位电能消耗值(EEO),其表明当ACF-阴极代替Pt-阴极时可以显著降低电能消耗和提高电流效率。值得一提的是,即使ACF在连续10次循环再利用后,45min后ACF-阴极体系对AO7的去除效率也令人满意且稳定。而且,在ACF进行10次循环后,对其表面的结构的研究表明,该体系中由于阴极的电子转移抑制了ACF腐蚀,使得ACF表面的基本结构完整。此外,ACF的表面元素分析以及对溶液中铁离子的剩余含量的分析表明,由于有0.05%原子比的铁离子沉积在ACF阴极表面上,使得该体系出水中的总铁含量低于Pt-阴极体系。在该体系中添加三种自由基淬灭剂(甲醇MA、叔丁醇TBA和苯酚),AO7的去除效率有所降低,这表明SO4??和OH?是该体系中降解AO7的主要物质,且苯酚更明显地抑制了AO7的去除,这表明自由基去除AO7的反应主要发生在ACF的表面上。通过UV-vis分析,推断出AO7在该体系中的去除路径,也推测了在该体系中发生的去除反应。
综上所述,ACF-阴极在EC/Fe3+/PMS体系中的优势不仅有电能消耗低、氧化效率高以及出水中的铁含量降低,此外,ACF是一种可循环再利用的阴极材料。
研究评估了AO7在ACF-阴极/Fe3+/PMS体系、Pt-阴极/Fe3+/PMS体系、Fe3+/PMS/ACF体系、EC/ACF体系、ACF吸附体系以及PMS单独氧化体系中的去除效率,其中ACF-阴极/Fe3+/PMS体系在45min时的AO7去除效率最高、一级反应速率常数最大以及矿化率最高。分析了ACF-阴极/Fe3+/PMS体系的一系列影响因素(如初始pH、PMS和Fe3+的投加量、电流密度、电解质浓度、ACF的可再循环性以及不同阴离子),其中最佳运行条件为初始pH值为3.0,初始PMS浓度为0.2mM,初始三价铁离子浓度为0.3mM,电流密度为3.66mA/cm2,电解质浓度为25mM;此外,当ACF被循环再利用10次后,由于前一次运行中沉积在ACF阴极表面上的剩余铁离子被添加到下一次运行中,促进了该体系的去除速率;当在该体系中添加无机阴离子后,氯离子和硝酸根离子对AO7在45min时的去除效率都表现出促进作用,而磷酸二氢根离子对AO7在45min时的去除效率表现出抑制作用。
另外,研究评估了ACF-阴极/Fe3+/PMS体系和Pt-阴极/Fe3+/PMS体系去除水中AO7的每单位电能消耗值(EEO),其表明当ACF-阴极代替Pt-阴极时可以显著降低电能消耗和提高电流效率。值得一提的是,即使ACF在连续10次循环再利用后,45min后ACF-阴极体系对AO7的去除效率也令人满意且稳定。而且,在ACF进行10次循环后,对其表面的结构的研究表明,该体系中由于阴极的电子转移抑制了ACF腐蚀,使得ACF表面的基本结构完整。此外,ACF的表面元素分析以及对溶液中铁离子的剩余含量的分析表明,由于有0.05%原子比的铁离子沉积在ACF阴极表面上,使得该体系出水中的总铁含量低于Pt-阴极体系。在该体系中添加三种自由基淬灭剂(甲醇MA、叔丁醇TBA和苯酚),AO7的去除效率有所降低,这表明SO4??和OH?是该体系中降解AO7的主要物质,且苯酚更明显地抑制了AO7的去除,这表明自由基去除AO7的反应主要发生在ACF的表面上。通过UV-vis分析,推断出AO7在该体系中的去除路径,也推测了在该体系中发生的去除反应。
综上所述,ACF-阴极在EC/Fe3+/PMS体系中的优势不仅有电能消耗低、氧化效率高以及出水中的铁含量降低,此外,ACF是一种可循环再利用的阴极材料。