[論文精品] 通過(guò)電化學(xué)多相催化處理含有硝基苯的廢水

1、畢業(yè)翻譯報(bào)告 通過(guò)電化學(xué)多相催化處理含有硝基苯的廢水摘要： 電化學(xué)的多相催化過(guò)程被應(yīng)用于去除廢水中的硝基苯。三個(gè)關(guān)鍵因素，包括電池電壓，支持電解質(zhì)濃度和 ph 值，測(cè)試他們對(duì)硝基苯去除的影響。最佳條件被確定為 40v應(yīng)用電壓，na2so4 濃度500mg/l 及 ph 值為10。在最佳條件下，硝基苯和cod的清除量分別為73.7和32.9。此外，硝基苯去除的動(dòng)力學(xué)方程可表示為偽一階反應(yīng)。硝基苯降解的一種可能機(jī)制是在中間產(chǎn)物的基礎(chǔ)上提出的。關(guān)鍵詞：活性炭，電氧化，多相催化，硝基苯。 一、簡(jiǎn)介硝基苯是很常見(jiàn)的環(huán)境污染物，廣泛應(yīng)用于彈藥、殺蟲(chóng)劑、除草劑、制藥業(yè)、 與工業(yè)飼料染料、塑料、化學(xué)品等1。這

2、是對(duì)環(huán)境是一個(gè)嚴(yán)重的威脅，原因有二：（1）、由于硝基的吸電子效應(yīng)，它是頑固的化學(xué)或生物氧化和水解；（2）、抑制微生物的代謝，正因?yàn)槿绱耍瑢?duì)硝基苯的降解一般是很難達(dá)到的。雖然硝基苯治療有廣泛研究2-6，但是硝基苯去除率仍偏低，并且硝基苯降解的效果并不令人滿意。 一個(gè)最近的環(huán)保技術(shù)-電化學(xué)技術(shù)，承諾解決問(wèn)題的辦法。它不需要額外的氧化劑，不會(huì)造成二次污染。電化學(xué)方法提供了很好的選擇，以補(bǔ)救出院的工業(yè)和市政污水。例如，他們已應(yīng)用于金屬離子去除和恢復(fù) 7-10、 11、 12、 電滲析和電氧化降解污染物。電化學(xué)氧化法可分為直接或間接的。直接氧化法已經(jīng)被施行處理有機(jī)廢水。它已經(jīng)表明，高氧過(guò)電壓陽(yáng)極，例如二

3、氧化錫等13-15，二氧化鉛16-18，以及硼摻雜金剛石19，可產(chǎn)生oh自由基的氧化和水完全礦化的污染物。除了直接氧化法，以前的研究也表明，有機(jī)污染物可以通過(guò)間接的陰極和陽(yáng)極氧化降解副產(chǎn)品次氯酸鈉等離子20-22，臭氧23，過(guò)氧化氫24。 影響現(xiàn)存的電化學(xué)方法效率的一條重要因素就是電的產(chǎn)量，可以通過(guò)兩種方式增加:相結(jié)合的直接和間接氧化方法的有機(jī)污染物，或利用重大但特定地區(qū)的電極。分割的細(xì)胞，使氧化的直接和間接氧化結(jié)合的陰極的副產(chǎn)品可用于降解有機(jī)污染物。更具體地說(shuō)，雙床電瓶 （三維電極分割單元），顆粒的活性炭和非導(dǎo)電顆?；旌嫌糜谧鳛樘盍?，可以降低通過(guò)直接和間接氧化組合法的有機(jī)化合物。不過(guò)，由于非

4、導(dǎo)電粒子只分開(kāi)帶電的粒子，電流效率很低，和輔助氧化劑的利用并不足夠。因此，有機(jī)污染物的去除很低。為了提高涉及在單元格中的輔助氧化劑的反應(yīng)，催化劑被引入電化學(xué)單元格。利用二次氧化劑可以提高有機(jī)污染物的去除。在以下幾個(gè)方面，本報(bào)告中使用的方法不同于以前的：(1) 非導(dǎo)電的帶電粒子被催化劑 (zsm-5 沸石加載 fe2o3)取而代之。(2) 多相催化反應(yīng)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)器中。(3) 新型電化學(xué)的多相催化反應(yīng)器使用、電化學(xué)和異構(gòu)的催化過(guò)程的組合。(4) 反應(yīng)器用于處理模擬硝基苯廢水。為了調(diào)查對(duì)硝基苯影響的最佳條件，電池電壓、初始 ph 值和支持的電解質(zhì)濃度被監(jiān)測(cè)。二、實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)信息a.材料 商業(yè)煤基顆

5、?；钚蕴浚╣ac）新華化工公司，山西，中國(guó)）被用于這項(xiàng)研究。它有一個(gè)12毫米，1002.8平方米每克的特異表面根據(jù)bet法，以及具體重量0.598公斤每升的平均粒徑。硝基苯和其他試劑均為分析純，所有的解決方法用蒸餾水準(zhǔn)備。b.分析方法 化學(xué)需氧量（cod）的測(cè)定采用封閉回流滴定法，硝基苯濃度的測(cè)量值是用氣相色譜法測(cè)定（日本島津氣相色譜-17）。ph 值和電導(dǎo)率是分別由小靈通- 3c型（中國(guó)上海雷克斯儀器廠）和ddb-6200型（中國(guó)上海雷克斯儀器廠），高效液相色譜法分析流出物。副產(chǎn)品通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜法被監(jiān)視 (日本島津)。c.實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)儀是一種具有三維電極不可分割的單元格，如圖 1 所示

6、。4.5 厘米內(nèi)徑的反應(yīng)堆是由有機(jī)玻璃制成。主要的陽(yáng)極和陰極（饋線電極）分別由石墨板制成，且彼此相隔7公分。加載 fe2o3 的gac和zsm-5 沸石 (體積混合比 1: 3) 被擠得兩個(gè)進(jìn)紙器電極之間。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用潛力在主要電極之間，gac中的粒子被偏振，互相表現(xiàn)在像陽(yáng)極在一邊，陰極在另一邊。 dc 圖1的實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 6 1 1.儲(chǔ)層 5 2.流量計(jì) 4 3.泵 2 4. 顆?；钚蕴?(gac) 5.催化劑 3 6.反應(yīng)釜d.實(shí)驗(yàn)方法 擬廢水用蒸餾水和60毫升每克的硝基苯制備，ph用氫氧化鈉或硫酸鈉調(diào)整，電導(dǎo)率用硫酸鈉調(diào)整。 共500模擬廢水毫升喂進(jìn)了水庫(kù)，并通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)器中的一個(gè)循環(huán)泵。

7、直流電源接通時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)。細(xì)胞樣本分別在不同的時(shí)間被分析。硝基苯濃度和cod去除率分別選定為參數(shù)，以評(píng)估該電氧化的研究進(jìn)展。硝基苯和cod清除量進(jìn)行了計(jì)算如公式（1）。 其中：c0是硝基苯或cod初始濃度，ct是硝基苯濃度或cod電解后濃度分別。 三、結(jié)果與討論a電池電壓的影響 如圖2 所示，硝基苯和 cod 大大受到電池電壓的影響。當(dāng)電池電壓從20 v增加到40 v 時(shí)，硝基苯和cod的清除率都會(huì)增加。但是當(dāng)電池電壓增加到40 v時(shí)，硝基苯清除率雖然增加但是很慢，cod清除率開(kāi)始下降。因此，硝基苯去除率達(dá)到最大值 (72.6%) 50v(最高電壓測(cè)試)和cod去除率最優(yōu)值(31.8%)40v

8、。電池電壓上升造成硝基苯清除量增加。原因是應(yīng)用的潛力25是電化學(xué)反應(yīng)器中的電化學(xué)反應(yīng)的主要驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)用潛力的增加是導(dǎo)致增加硝基苯降解的驅(qū)動(dòng)力。然而，當(dāng)電池電壓超過(guò)40v，流出物顏色的加深表明高潛在損壞工作電極，導(dǎo)致在解決方案中的化學(xué)需氧量增加。因此40v的應(yīng)用潛力被確定為優(yōu)化電池電壓。 圖2：硝基苯和cod清除率受電壓的影響。電解40分鐘后初始硝基苯濃度60毫克每升，ph為10，硫酸鈉濃度500毫克每升。 圖3：在不同的電池電壓的電流和法拉第效率。電解40分鐘后初始硝基苯濃度60毫克每升，ph值10，硫酸鈉500毫克每升。 圖3所示，當(dāng)電壓從20伏增加至50伏時(shí)電流從18 ma增加到40 ma

9、，然而，硝基苯和cod清除量的增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于應(yīng)用潛的增加。cod的去除量法拉第感應(yīng)效率 (f) 是使用 (2)26,27公式來(lái)計(jì)算的。 其中cod0是最初的化學(xué)需氧量和codt是在給定時(shí)間的化學(xué)需氧量，vw是經(jīng)過(guò)處理的廢水量，f是法拉第常數(shù)。8是同等重量的氧氣，i是平均電流。 如圖 3 所示，法拉第效率cod 的去除效率減少是隨著電流的增加而減少的。法拉第感應(yīng)效率的減少表明對(duì)側(cè)反應(yīng)伴電氧化的硝基苯，如氫和氧的演變和熱代高電位在浪費(fèi)了更多的電流。 在堿性介質(zhì)中，ph值在電解過(guò)程中逐漸降低。但是在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，ph值被穩(wěn)定約 8.0時(shí)形成了二氧化碳生產(chǎn)緩沖區(qū)，(3) 28 。 b硝基苯降解的表觀動(dòng)力學(xué)

10、 表1表明，硝基苯的去除率動(dòng)力學(xué)過(guò)程可表示為一個(gè)偽一階方程（4）。 其中c是硝基苯的濃度，t為電解時(shí)間。 表1不同電池電壓的硝基苯去除率的表觀動(dòng)力學(xué) k是明顯的反應(yīng)速率常數(shù)和 r 是的相關(guān)的系數(shù)。c. ph值得影響 圖 4 顯示了硝基苯和cod在不同初始 ph 值之間的區(qū)別。很明顯硝基苯和 cod 的去除率都隨 ph 值的增加而增加，這可能是由于在酸性介質(zhì)中比在堿性介質(zhì)中活動(dòng)增加。當(dāng)最初的 ph 值是10 時(shí)，硝基苯及cod去除率分別是73.7%和 32.9%。 圖 4：ph值對(duì)硝基苯和cod去除率的影響。初始硝基苯濃度60mg/l, na2so4 500mg/l，電解40分鐘后潛在電壓40v

11、 。d電導(dǎo)率的影響 在相同的電池電壓下，離子強(qiáng)度變化通常會(huì)導(dǎo)致電流密度的變化。實(shí)際上，限制電流密度來(lái)減少負(fù)面影響是十分必要的，如氧氣和熱 29 的生成過(guò)程。圖5表明，去除硝基苯和cod的最佳硫酸鈉濃度為500 mg/l。雖然電流密度隨硫酸鈉濃度增加而增加，但是電流效率和硝基苯清除量會(huì)降低。電解后溶液電導(dǎo)率的下降表明電流增加的部分被用作離子傳輸。為了使雙極電極 gac工作，除了保證陽(yáng)極和陰極30之間足夠的應(yīng)用潛力，溶液的電導(dǎo)率也要低。在這種情況下，支持電解質(zhì)濃度較低，500mg/l的硫酸鈉比較合適。 圖5：硫酸鈉濃度對(duì)硝基苯和cod去除率的影響。初始硝基苯濃度為60mg/l，ph值10，電解40

12、分鐘后電池電壓40v。e. 硝基苯電解的機(jī)制 在三維電極電化學(xué)反應(yīng)器中，硝基苯電解步驟包括由gac 電極吸收、三維電極上的硝基苯電解、產(chǎn)品從gac電極上析出。 中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物通過(guò)高效液相色譜法和gc-ms（在圖6所示，其中包括苯胺，苯酚和p-氨基酚）分析。正如圖7所示，硝基苯降解的可能機(jī)制包括硝基苯在陰極還原，直接陽(yáng)極氧化和陰極副產(chǎn)品間接氧化，硝基苯局部礦化。 圖6 中間產(chǎn)物的gc-ms譜 圖7 硝基苯的降解機(jī)理四、結(jié)論對(duì)電化學(xué)的多相催化反應(yīng)器處理硝基苯廢水處理進(jìn)行了調(diào)查，對(duì)影響硝基苯去除率的幾個(gè)影響因素進(jìn)行了研究，如電池電壓、支持電解質(zhì)濃度和 ph 值。在最佳條件下（電池電壓40v 、na2so4濃