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新型电芬顿法在苯酚及甲基橙废水中的应用研究

作 者: 何文妍
导 师: 马红竹
学 校: 陕西师范大学
专 业: 物理化学
关键词: 偶氮染料 苯酚 电芬顿法 正交法 响应曲面法
分类号: X703.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


染料废水和酚类废水具有很强的毒性、致癌性和诱变性,会对水生生物和人体会产生严重危害。因此,为了保护我们的水资源和自然环境,有必要对这些废水在排放之前进行处理。苯酚偶氮染料分别是酚类和染料废水的代表性污染物。在本文中,主要以这两种物质为目标降解物,分别采用感应电芬顿氧化法处理苯酚废水;氯离子与均相电芬顿法协同作用处理甲基橙废水;利用钼酸铁改性高岭土作催化剂,考察非均相类电芬顿体系对甲基橙废水的降解效果。本文第一部分对苯酚废水及染料废水的来源、组成、应用、危害以及现阶段对二者的处理方法进行了较为详细的综述。重点介绍了芬顿法和电化学氧化技术及其在处理有机废水方面的应用,并提出了本论文研究的目的和意义、内容及创新点。本文第二部分对实验中涉及的化学试剂、实验所用仪器以及实验中用到的分析方法进行了介绍。本文第三部分采用感应电芬顿法对模拟苯酚废水进行了处理。以石墨电极为阴极和阳极,以铁片为感应电极,主要考察了苯酚浓度、pH、电流密度和Fe2+浓度等因素对苯酚废水去除率及COD去除率的影响,利用正交法确定了最佳反应条件。结果表明:当溶液初始pH为4,电流密度33.33mA/cm2, Fe2+农度0.8g/L,电解170min,处理100mg/L苯酚溶液,其去除率和COD去除率分别可以达到78.23%和74.09%。本文第四部分采用均相电芬顿反应与Cl-协同作用对模拟甲基橙染料废水进行降解研究。分别考察了四种不同的电化学氧化体系:直接氧化体系不加Cl-、电化学类芬顿体系不加Cl-、直接氧化体系加Cl-、电化学类芬顿体系加C1-。对有Cl-存在的电化学类芬顿体系中的Cl-浓度、pH、电流密度和甲基橙溶液的浓度等因素进行了分析,利用响应曲面法确定了最佳的反应条件,并对反应过程的氧化动力学进行了分析,确定了最佳条件下的初始反应速率。结果表明:有Cl-存在的电化学类芬顿体系处理甲基橙废水的效果最好。确定了pH为3,恒电流2.1A,Cl-初始浓度16.36mM, Fe3+初始浓度2.14mM,甲基橙初始浓度106mg/L,电解90min,甲基橙的脱色率和COD去除率分别可以达到98.96%和78.93%。在此条件下,此体系的初始反应速率为r0=11933.6mg·L-1·min-1,这对于甲基橙的降解而言是一个快速的氧化过程。本文第五部分利用非均相电化学类芬顿法降解甲基橙废水。利用浸渍法制备铝酸铁改性高岭土Fe2(MoO4)3-kaolin-450(FM-kaolin-450)作催化剂,并用于电化学体系降解甲基橙废水。对催化剂FM-kaolin-450进行了SEM-EDXS、XRD、BET、 FT-IR和XPS表征。考察了溶液的初始pH、催化剂用量、甲基橙溶液的初始浓度和电流密度对甲基橙脱色率和COD去除率的影响。结果表明:当FM-Kaolin-450的浓度为6.6g/L,电流密度33.33mA/cm2,pH=4.34时,电解60min,甲基橙的脱色率和COD去除率分别达99.24%和92.48%。在此条件下,催化剂重复使用五次后仍然有很好的稳定性和活性。为了研究此体系的催化性能,在已确定的实验条件下对其他染料也进行了降解。结果表明:染料的脱色率均可以达到97%以上,这说明此非均相电化学类芬顿体系可以使多数的染料脱色。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 引言  10
  1.2 酚类废水的来源及处理方法  10-12
    1.2.1 酚类废水的来源及危害  10-11
    1.2.2 酚类废水的处理方法  11-12
  1.3 染料废水的来源及处理方法  12-13
    1.3.1 染料废水的来源及危害  12
    1.3.2 染料废水的处理方法  12-13
  1.4 芬顿法处理有机废水  13-16
    1.4.1 芬顿法的发展历史  13-14
    1.4.2 芬顿法降解有机物的机理  14
    1.4.3 芬顿法的研究现状及发展  14-16
  1.5 电化学氧化技术处理有机废水  16-18
    1.5.1 阳极氧化技术  16-17
    1.5.2 均相电芬顿法  17-18
    1.5.3 非均相电芬顿法  18
  1.6 本论文的研究意义与目的、思路及内容、创新点  18-22
    1.6.1 论文研究意义与目的  18-19
    1.6.2 论文研究思路及内容  19
    1.6.3 论文创新点  19-22
第2章 实验条件与分析方法  22-28
  2.1 前言  22
  2.2 实验试剂与仪器  22-23
    2.2.1 药品和试剂  22
    2.2.2 实验仪器  22-23
  2.3 样品的分析方法  23-28
    2.3.1 催化剂的结构表征  23
    2.3.2 水样分析方法及相关公式  23-24
    2.3.3 试样中溶出铁离子含量的测定  24-25
    2.3.4 苯酚浓度及甲基橙浓度的测定  25
    2.3.5 双氧水含量的测定  25-28
第3章 感应电芬顿法氧化降解苯酚废水的研究  28-42
  3.1 前言  28
  3.2 实验过程  28-29
  3.3 结果与讨论  29-40
    3.3.1 不同阳极材料对苯酚废水的降解研究  29-30
    3.3.2 Fe~(2+)浓度对苯酚降解效果的影响  30-31
    3.3.3 溶液初始pH对苯酚降解效果的影响  31-32
    3.3.4 电流密度对苯酚降解效果的影响  32-33
    3.3.5 苯酚初始浓度对苯酚降解效果的影响  33-34
    3.3.6 正交试验  34-39
    3.3.7 苯酚的紫外可见光谱分析  39-40
  3.4 本章小结  40-42
第4章 氯离子对均相电芬顿法降解甲基橙废水的影响  42-58
  4.1 前言  42-43
  4.2 实验过程  43
    4.2.1 实验装置  43
    4.2.2 实验步骤  43
  4.3 结果与讨论  43-55
    4.3.1 不同电化学氧化体系降解甲基橙的对比实验  44-45
    4.3.2 Fe~(3+)浓度对甲基橙降解效果的影响  45-46
    4.3.3 Cl~-浓度对甲基橙降解效果的影响  46-47
    4.3.4 甲基橙初始浓度对甲基橙降解效果的影响  47-48
    4.3.5 响应曲面法对实验条件的优化  48-53
    4.3.6 甲基橙的紫外可见光谱图分析  53
    4.3.7 甲基橙降解过程的氧化动力学分析  53-55
  4.4 本章小结  55-58
第5章 非均相类电芬顿法对甲基橙废水的降解研究  58-72
  5.1 前言  58-59
  5.2 实验部分  59
    5.2.1 新型催化剂FM-kaolin-450的制备  59
    5.2.2 催化剂FM-kaolin-450吸附实验  59
    5.2.3 催化剂FM-kaolin-450电解实验  59
  5.3 结果与讨论  59-70
    5.3.1 催化剂FM-kaolin-450的结构表征  59-62
    5.3.2 甲基橙在不同体系中降解对比研究  62-63
    5.3.3 催化剂FM-kaolin-450用量对甲基橙降解效果的影响  63-64
    5.3.4 溶液初始pH对甲基橙降解效果的影响  64-65
    5.3.5 甲基橙初始浓度对甲基橙降解效果的影响  65
    5.3.6 电流密度对甲基橙降解效果的影响  65-66
    5.3.7 紫外-可见光谱分析  66-67
    5.3.8 催化剂FM-kaolin-450的重复效率及其稳定性  67-69
    5.3.9 催化剂FM-kaolin-450降解不同染料的效果分析及机理  69-70
  5.4 本章小结  70-72
第6章 总结和建议  72-74
  6.1 总结  72
  6.2 建议  72-74
参考文献  74-84
致谢  84-86
攻读学位期间的研究成果  86

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用 > 技术方法
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