电絮凝/电芬顿耦合技术处理醇解液的脱色研究

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聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种广泛用于纺织工业和日常生活的优异材料,但每年产生的大量聚酯废弃物对环境造成了极大压力,目前降解PET最常见的方法是利用乙二醇(EG)将聚酯醇解为低聚物或单体,反应后的聚酯醇解液中含有大量反应剩余的乙二醇、以及部分染料、助剂及其他杂质,直接排放会污染环境,若是再用于聚酯降解,其中的杂质会影响降解产物的纯度。因此,寻求一种有效脱色聚酯醇解液的方法,使醇解液能够回收再利用对聚酯回收行业的发展有着重要的意义。本研究以石墨为主要材料制备了气体扩散电极,并以染料分散黄114为目标污染物,构建了电芬顿/电絮凝耦合系统处理聚酯醇解液,考察各参数对耦合体系处理效率的影响,并初步探究染料脱色机制。主要研究内容如下:课题首先分别采用铝电极和铁电极开展了电絮凝法处理聚酯醇解液的研究,使用单因素法讨论了处理过程中电压、初始pH值、电解质质量浓度和染料质量浓度等因素对脱色率的影响。结果表明:铁电极在最佳条件下处理醇解液80 min后,脱色率为86.2%。而与铁电极相比,铝电极电絮凝处理聚酯醇解液的效果更佳,当电压为20 V、初始pH值为8、电解质质量浓度为0.8 g/L、染料质量浓度为60 mg/L时,电解80 min后醇解液的脱色率达到96.4%。虽然在电絮凝工艺中铁电极的表现不如铝电极,但在铁电极反应过程中,体系会持续产生亚铁离子及铁离子,系统中亚铁离子的产生为耦合反应的进行提供了可能。因此为克服单独电絮凝技术高能耗等缺陷,尝试将电絮凝和电芬顿耦合,制备了石墨/聚四氟乙烯(PTFE)气体扩散电极,研究了石墨/PTFE阴极的制备工艺和影响其氧还原活性的关键因素,并用石墨/PTFE阴极和铁阳极构建电絮凝/电芬顿耦合系统处理聚酯醇解液。研究发现碳酸氢铵为最适合的造孔剂,当石墨与PTFE的质量比为3:1时阴极活性最高,疏水性对石墨/PTFE阴极性能的影响很大,防水层可以有效提高石墨/PTFE阴极的H2O2产量,利用上述优化工艺制备的电极在溶液初始pH值为3的条件下,反应120 min后系统中生成H2O2的浓度可达94.8 mg/L;以石墨/PTFE电极为阴极构建的电絮凝/电芬顿耦合系统在电流密度为7 mA/cm2,电解液pH值为7,并且持续供氧条件下,聚酯醇解液在80 min后脱色率达到97.4%,与在最佳条件下进行单独铁电絮凝处理的效果相比有10%以上的提高。最后针对阴极的电流效率和氧还原催化活性较低的问题,以H2O2-H2SO4溶液为改性剂处理石墨材料,并制备改性石墨/PTFE电极,利用拉曼光谱、X射线光电子能谱、循环伏安法等方法分析了改性石墨/PTFE电极的化学结构以及电化学性能,结果表明改性电极含有更多的缺陷位点与含氧基团。以0.1 mol/L Na2SO4溶液为电解液,电流密度为7 mA/cm2,pH值为3时,60 min后改性电极H2O2产量为120.7 mg/L,而未改性电极仅有76.8 mg/L。以改性电极为阴极处理聚酯醇解液,50 min后脱色率达到98.3%,将处理时间缩短了30 min,与单独电絮凝和电芬顿法相比,电絮凝/电芬顿耦合技术的处理效果更好,同时产生更低的能耗,具有较高的应用价值。对脱色后的醇解液进行提纯,将回收的乙二醇再次用于聚酯面料的醇解反应,其醇解产物根据差示扫描量热和热重分析可知与使用新鲜乙二醇得到的醇解产物一致,证明从醇解液中脱色回收的乙二醇具有再次用于降解聚酯面料的可行性。
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