鐵碳微電解法處理ci酸性橙7廢水的研究

鐵碳微電解法處理ci酸性橙7廢水的研究

偶氮染色材料（偶氮基部兩端連接芳基的有機(jī)化合物）是在紡織印花工藝中應(yīng)用最廣泛的合成染色材料。它主要用于天然和合成纖維的染色和打印，也用于油漆、塑料、橡膠和其他顏色。在特殊條件下,它能分解產(chǎn)生20多種致癌芳香胺,經(jīng)過活化作用改變?nèi)梭w的DNA結(jié)構(gòu)引起病變和誘發(fā)癌癥,是目前種類最多的一大類染料。在生產(chǎn)和應(yīng)用的過程中,約有10%~15%的染料未經(jīng)處理即被排放到環(huán)境中去并可能嚴(yán)重影響接觸者的健康。因此,偶氮染料廢水必需在排放前進(jìn)行無害化處理。目前,已有多種處理偶氮染料廢水的方法,包括物理法、化學(xué)法、生物法,其中微生物脫色法被認(rèn)為是最為有效且對環(huán)境無害的方法鐵碳微電解法處理偶氮染料過程中破壞了偶氮染料的共軛基團(tuán)結(jié)構(gòu)而使其脫色,生成含有-NHC.I.酸性橙7主要是由對氨基苯磺酸重氮化,與2-萘酚偶合而得。苯環(huán)、萘環(huán)通過偶氮鍵連接,磺酸基能夠增加C.I.酸性橙7在水中的溶解度,該組成構(gòu)成了偶氮染料結(jié)構(gòu)的基本要素。因此,本文選取C.I.酸性橙7廢水為實(shí)驗(yàn)對象探討鐵碳微電解法對C.I.酸性橙7的降解過程,并推斷其轉(zhuǎn)化機(jī)理。對于偶氮染料廢水的治理方法具有指導(dǎo)意義。1實(shí)驗(yàn)部分1.1填料和鐵碳材料C.I.酸性橙7廢水:配制,C.I.酸性橙7質(zhì)量濃度為1000mg/L,COD為1589mg/L,pH值6.7,外觀呈橙黃色。鐵碳填料:山東龍安泰環(huán)保科技有限公司,粒徑3~4cm,有效成分為鐵碳+多金屬合金。Waters1525高效液相色譜儀:上海沃特世科技有限公司;COD快速測定儀:美國哈希公司;CHI600E電化學(xué)工作站:上海辰華儀器有限公司;紫外分光光度計:美國哈希公司;便攜式pH計:上海梅特勒-托利多國際貿(mào)易有限公司;HJ-6磁力攪拌器:鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。1.2曝氣管的設(shè)置鐵碳微電解反應(yīng)器由玻璃制成,如圖1所示,高30cm,內(nèi)徑3.5cm,有效容積250mL,底部側(cè)面設(shè)置曝氣管,用于反應(yīng)過程中的曝氣攪拌。1.3c.i.酸性橙6個月率水質(zhì)測定,樣品總fe向反應(yīng)器中加入橢圓形鐵碳填料,使其堆疊一定高度,投入250mL的C.I.酸性橙7廢水,pH調(diào)至2,開啟空氣泵進(jìn)行曝氣攪拌,反應(yīng)不同時間后取兩個樣,一個樣品用于測定Fe1.4氨基苯磺酸與1-氨基-2-酚溶液的配制采用重鉻酸鉀法搭配COD快速測定儀測定C.I.酸性橙7廢水COD。采用重鉻酸鉀滴定法測定溶液中的FeC.I.酸性橙7、對氨基苯磺酸與1-氨基-2-萘酚濃度的測定采用高效液相色譜法。液相色譜檢測條件:色譜柱為C18(5μm,4.6mm×250mm);流動相為甲醇∶水=30∶70,四乙基溴化銨2g/L,用超純水配制,流動相使用前過0.45μm濾膜并脫氣20min;流速為1.0mL/min;檢測波長為254nm;試樣均經(jīng)過0.45μm濾膜過濾,進(jìn)樣量為20μl。2鐵碳微電解對酸性橙色的還原效果2.1降解c.i.酸性橙7的濃度按照實(shí)驗(yàn)方法對C.I.酸性橙7廢水進(jìn)行鐵碳微電解,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖2可知,在開始的60min內(nèi),C.I.酸性橙7濃度迅速下降,由1000mg/L下降至110mg/L,降解率達(dá)到89%,COD去除率可達(dá)40%;延長反應(yīng)時間,C.I.酸性橙7的濃度變化不大。這是因?yàn)榉磻?yīng)開始時,體系的pH較低,由于氧的電位較高,增加鐵碳的電位差,能促進(jìn)電極反應(yīng)。在酸性條件下,Fe2.2對氨基苯磺酸縮合反應(yīng)產(chǎn)物的濃度為了確定C.I.酸性橙7的還原產(chǎn)物,用高效液相色譜分別對進(jìn)水、出水樣品進(jìn)行檢測,進(jìn)水水樣在5.10min出現(xiàn)一個明顯的原料峰,確定為C.I.酸性橙7(AO7);出水水樣在2.576min出現(xiàn)一個明顯的產(chǎn)物峰,確定為對氨基苯磺酸;在3.975min出現(xiàn)一個明顯的產(chǎn)物峰,確定為1-氨基-2-萘酚。出水中對氨基苯磺酸、1-氨基-2-萘酚的濃度隨著反應(yīng)時間的變化如圖5所示,反應(yīng)初始時,C.I.酸性橙7降解率較低,僅有15%左右,其還原產(chǎn)物對氨基苯磺酸、1-氨基-2-萘酚均開始生成。隨著反應(yīng)進(jìn)行,對氨基苯磺酸的生成率增長較快,1-氨基-2-萘酚的生成率幅度較低。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行60min后,對氨基苯磺酸的生成率在80%~87%之間,1-氨基-2-萘酚的生成率在60%~75%之間浮動,小于對氨基苯磺酸的生成率,這一現(xiàn)象的原因可能是1-氨基-2-萘酚穩(wěn)定性較差,轉(zhuǎn)化為其它副產(chǎn)物。3降解過程機(jī)理為了進(jìn)一步了解鐵碳微電解法處理C.I.酸性橙7廢水的機(jī)理,本試驗(yàn)通過紫外-可見吸收光譜、循環(huán)伏安曲線對C.I.酸性橙7的中間產(chǎn)物進(jìn)行分析并推斷其可能的降解過程。3.1c.i.酸性橙7的結(jié)構(gòu)表征本實(shí)驗(yàn)分別從C.I.酸性橙7廢水、鐵碳微電解反應(yīng)中取樣,采用哈希儀器紫外-可見分光光度法在200~800nm范圍內(nèi)掃描各溶液的吸收光譜,掃描數(shù)據(jù)如圖6所示。C.I.酸性橙7結(jié)構(gòu)中的偶氮鍵的最大吸收波長在484nm處,位于可見光譜區(qū)>400nm,苯環(huán)與萘環(huán)結(jié)構(gòu)的最大吸收波長在紫外區(qū)。由圖6可知,C.I.酸性橙7在紫外-可見光譜區(qū)有5個吸收峰,分別為228nm、255nm、310nm、400nm、484nm。根據(jù)有機(jī)波譜理論分析,結(jié)合C.I.酸性橙7的結(jié)構(gòu)式可知:-N=N-鍵是含有p電子的原子團(tuán),它與苯環(huán)和萘環(huán)形成4-磺酸-2-萘酚的共軛發(fā)色體系,其特征吸收峰出現(xiàn)在400nm和484nm處;在紫外區(qū)的三個特征吸收峰中,228nm、255nm處為苯環(huán)的特征吸收峰,310nm處是萘環(huán)的特征吸收峰。在鐵碳微電解反應(yīng)液的光譜圖中,可見光區(qū)484nm處的特征峰完全消失,說明C.I.酸性橙7分子中的發(fā)色基團(tuán)-偶氮鍵已完全斷裂;而紫外區(qū)的248nm處出現(xiàn)了一個特征吸收峰,說明C.I.酸性橙7的偶氮鍵斷裂后被還原為對氨基苯磺酸與1-氨基-2-萘酚,即為芳香胺類化合物。3.2c.i.酸性橙7的鐵碳微電解過程的電化學(xué)特征在鐵碳微電解過程中,將鐵碳填料浸入電解質(zhì)溶液,在氧的作用下Fe和C之間存在1.2V的電極電位差,會形成無數(shù)的微電池系統(tǒng),在其作用空間構(gòu)成一個電場,陽極鐵被氧化生成大量的Fe為了深入理解C.I.酸性橙7在鐵碳微電解反應(yīng)中的還原過程,本實(shí)驗(yàn)采用電化學(xué)工作站CHI600E模擬鐵碳微電解反應(yīng)過程的電場環(huán)境,以玻碳電極代替鐵碳微電解的陰極,掃描循環(huán)伏安曲線如圖7所示,以0V為掃描起點(diǎn),電位負(fù)向第一圈掃描中只出現(xiàn)一個不可逆的還原峰(I4c.i.酸性橙7的化合物結(jié)構(gòu)表征(1)鐵碳微電解過程中,通過曝氣的方式增加了鐵碳的電位差,能有效促進(jìn)電極反應(yīng)進(jìn)行。在酸性條件下,使C.I.酸性橙7分子中的-N=N-在碳表面得到電子被還原為-NH-NH-,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為易被氧化的芳香胺類化合物。C.I.酸性橙7的還原產(chǎn)物1-氨基-2-萘酚的生成率低于對氨基苯磺酸的生成率,原因可能是1-氨基-2-萘酚穩(wěn)定性較差,被轉(zhuǎn)化為其它副產(chǎn)物。(2)在C.I.酸性橙7的濃度為100