阴阳极协同电化学氧化处理反渗透浓水的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:ljsamuel
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反渗透(RO)是一种借助于选择透过性膜的功能以压力差为推动力的膜分离技术。由于反渗透过程简单,能耗低,近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水淡化、苦咸水脱盐和各行各业的废水终端处理,并与离子交换结合制取高纯水,其应用范围正在不断扩大,对环境保护和可持续发展都有着重要意义,对缺水地区具有巨大的经济效益。但是反渗透过程通常会产生大约三分之一的浓水,该水质由于含有较高浓度的溶解性有机物、氨氮等污染物、含盐量高、可生化性差等特点,现已成为废水处理所面临的主要瓶颈和难题。本实验在电化学氧化的基础上,以Ti/RuO2-IrO2为阳极、Fe-FeOx/炭气凝胶(FCA)为阴极,质子交换膜为隔膜,无须外加金属催化剂,充分将阳极氧化作用和阴极还原产物的氧化作用相结合,应用阴阳极协同技术,采用新型电化学体系有效地降解反渗透浓水(ROC)中污染物。(1)炭气凝胶(CA)电极采用溶胶凝胶法制备,FCA电极采用一步合成法制得。通过物理化学测试和表征,结果显示:CA基底材料具有良好的导电性为26.67 S/cm,较低的密度0.2965 g/cm3和比较大的比表面积495.225 m2/g。扫描电镜(SEM)谱图显示:制备的CA材料,在高温炭化前后,均具有良好的三维网络结构和比较发达的空隙。加入铁源后,FCA电极导电性、机械强度和电化学性能均有所增强。SEM、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)谱图显示:FCA电极同样具有三维网络结构,纳米铁颗粒主要以铁和铁氧化物的形式,被比较均匀负载到CA基底材料上。通过电化学测试,得知制备的电极具有很好的氧还原反应性能。(2)本文考察不同因素下CA电极H2O2产量情况。在电流为50 mA、曝气量为0.7L/min和pH=7较优的条件下,H2O2的产量为648.14 mg/L。通过直接和间接的方法证明为了·OH是反应体系中主要的活性自由基。为了进一步验证FCA电极电化学氧化性能,对甲基橙的废水的脱色进行研究,在最优条件下,经过180 min,甲基橙的脱色率为100%。CA电极和FCA电极均具有良好的稳定性和使用寿命。(3)本文研究了序批式实验条件下,对阴阳极单独作用和阴阳极协同作用,考察不同因素对氨氮和化学需氧量(COD)的降解情况。实验结果表明:在最优条件下,通过阴阳极协同作用,氨氮和COD的降解效果要好于阴阳极单独作用的降解效果。阴阳极协同作用下,阳极室,经过90 min,氨氮的浓度由原来的50 mg/L降到了0 mg/L,而COD经过120 min由原来的150 mg/L降到了33.51 mg/L。相应的阴极室,氨氮的浓度由原来的50 mg/L经过210 min降解到0 mg/L,COD经过240 min由原来的150 mg/L降到了42.11 mg/L。(4)在序批式实验研究的基础上,建立了连续式实验,在最优的条件下,考察不同进水方式对模拟ROC中氨氮和COD降解效果的影响。在阴阳极同时进水和同时出水的情况下,氨氮和COD的降解效果最好。氨氮经过8 h由原来的50 mg/L降低到6.22mg/L,相应的COD经过8 h的降解由原来的150 mg/L降低到39.51 mg/L。
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