电化学法修复地下水中TCE和六价铬复合污染效果

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地下水是水资源的重要组成部分,对社会的发展起着至关重要的作用。自改革开放以来,我国在经济和科技等方面发生了巨大的变化,但随之而来的环境污染问题也逐步走入人们的视线,地下水污染问题日益突出。三氯乙烯(TCE)与六价铬就是一种存在较多且难以共去除的地下水复合污染,目前针对这种复合污染修复的方法研究较少,而电化学技术可以通过控制电子的转移发生氧化还原反应,在水处理技术中具有独特的优势,对有机与无机复合污染的修复表现出巨大潜力。因此,本文通过电极筛选构建了以泡沫铜为阴极的电化学体系,分别研究该电化学体系对六价铬和三氯乙烯单一污染及复合污染的修复效果与机理,分析了该方法的可靠性和经济性,主要研究成果如下:(1)阴极筛选实验研究结果表明,以泡沫铜作为阴极,Ir O2-Ru O2/Ti为阳极的电化学体系可以实现六价铬和三氯乙烯的高效降解。循环伏安分析则说明在泡沫铜电极表面可能发生了六价铬和三氯乙烯的电化学还原反应。(2)单因素实验研究结果表明,初始浓度,初始p H、电解质种类、电解质浓度、电流密度五个因素影响单一六价铬和三氯乙烯污染修复效果,电化学体系中六价铬和三氯乙烯的修复符合一级反应动力学方程。电化学体系中六价铬和三氯乙烯的修复机理为:六价铬在阴极上得电子还原成三价铬;三氯乙烯的主要反应是电化学体系中的还原作用,通过电子的直接还原作用和活性氢原子的间接还原作用,两者协同实现了三氯乙烯的修复,并且三氯乙烯的脱氯效果好,其毒性得到有效降低。(3)电化学体系对六价铬和三氯乙烯复合污染的修复效果实验表明,三氯乙烯和六价铬之间存在竞争关系。采用响应曲面法中的BBD试验设计方法设计了电流密度、初始p H、电解质浓度和反应时间的四因素三水平的实验,建立了二次响应曲面模型,模拟出的最佳条件为:初始p H为2.07,电流密度为35.65m A/cm~2,电解时间为60min,电解质浓度为41.05mmol/L的Na2SO4,预测结果为六价铬去除率99.61%,三氯乙烯去除率90.56%,实际验证六价铬去除率97.03%,三氯乙烯去除率86.6%,与预测值相差较小,说明该模型的预测结果可靠,可用于优化实验。(4)对泡沫铜电极的稳定性与电化学体系经济性进行了评价,泡沫铜电极表现出较高的可重复利用性。电化学体系所需电能成本约为10元/m~3,对六价铬和三氯乙烯复合污染的处理具有较高的经济性。本论文总篇幅约4万字,含插图51幅,表格18张,参考文献104篇。
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