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隔膜电解槽阴极区降解有机物的研究

作　者: 杨龙誉
导　师: 侯惠奇
学　校: 复旦大学
专　业: 环境科学
关键词: 电解隔膜电解槽阴极硝基苯罗丹明B 溶解氧反应机理
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文采用隔膜电解槽法,以硝基苯和罗丹明B为研究对象,研究了电解过程中阴极区的降解过程.并分别研究了阴极区在有溶解氧和无溶解氧条件下的降解情况。另外,作为对比实验,研究了研究区降解罗丹明B的情况。用硝基苯为研究对象,研究了阴极区OH以及H与硝基苯的反应机理。研究结果表明:通过实验表明,电解过程中硝基苯以及它的电解产物的挥发量很少,这些有机物的挥发而导致电解液中COD的减少可以忽略不计;同时,本实验采用的隔膜的隔离效果良好,在有电流的情况下,能有效地防止了有机物的滲透。在电解液罗丹明B初始浓度为50 mg/L,电解液初始pH=5.3,电解质Na₂SO₄浓度1g/L,外加电压20 V以及电解时间2 h的条件下,有溶解氧电解时,罗丹明B的脱色率和COD_Cr去除率分别为45%和21%,相比于无溶解氧条件下的40%和15%。在硝基苯初始浓度120 mg/L,外加电压20 V,初始pH=5.3,电解质Na₂SO₄浓度0.025 mol/L以及电解时间2 h的条件下,有溶解氧时,阴极区硝基苯COD_Cr去除率为36%,而无溶解时则为16%。硝基苯和罗丹明B的电解降解基本都是准一级反应。各影响因素对有机物的降解有着不同的影响:随着外加电压的增加,有机物的去除率有显著的增加;在低浓度范围内,随着电解液初始浓度的增加,有机物的去除率也在增加;不同电解液初始pH条件下,有机物的降解效果为:强酸＞弱酸和弱碱＞强碱,并且,在弱酸或弱碱范围内,电解液初始pH对有机物的降解几乎没有影响;随着电解质浓度的增加,有机物的去除率先快速增加,然后再缓慢减少。有机物在阴极区的电解降解机理为:电解时,水中的H⁺得到电子,变成H,H原子与电解液中的氧分子快速发生反应,生成强氧化性的HO₂和OH,或H直接与硝基苯反应生成C₆H₅NO₂-H adduct;生成的OH大部分能与硝基苯发生反应生成C₆H₅NO₂-OH adduct,C₆H₅NO₂-OH adduct又能与O₂进一步作用生成C₆H₅NO₂-OHO₂,而C₆H₅NO₂-H、C₆H₅NO₂-OH和C₆H₅NO₂-OHO₂均十分不稳定,它们都将迅速发生转化。其中C₆H₅NO₂-H有可能进一步生成苯胺、联苯类还原性物质,C₆H₅NO₂-OH和C₆H₅NO₂-OHO₂的后续反应则可能生成氧化态的物质。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章绪论  8-21
  1.1 有机废水降解技术现状及进展  8-10
  1.2 电化学法处理有机废水的研究动态及其机理  10-17
    1.2.1 电化学法处理有机废水的基本原理  10-11
    1.2.2 电化学法处理有机废水的研究动态  11-17
  1.3 阴极电还原的研究  17-18
  1.4 本研究的内容和意义  18-21
    1.4.1 研究内容  18
    1.4.2 研究对象的选择  18-19
    1.4.3 研究意义  19-21
第二章实验部分  21-28
  2.1 实验试剂与实验仪器  21-22
  2.2 电解装置  22-26
    2.2.1 隔膜电解池的结构设计  22-23
    2.2.2 电解装置及实验方法  23-26
  2.3 压片装置  26-27
  2.4 分析方法  27-28
第三章电极材料的选择  28-36
  3.1 阳极材料的选择  28-31
    3.1.1 铜、铁、铝和钛等金属作阳极  28-30
    3.1.2 石墨作阳极  30
    3.1.3 β-PbO_2作为阳极  30-31
  3.2 阴极材料的选择  31-32
  3.3 β-PbO_2电极制备及其性能表征  32-35
    3.3.1 β-PbO_2电极的制备  32-33
    3.3.2 β-PbO_2电极的表面结构表征  33
    3.3.3 β-PbO_2电极抗腐蚀性能表征  33-34
    3.3.4 β-PbO_2电极的晶型表征  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章隔膜电解法降解罗丹明B模拟废水的研究  36-56
  4.1 电解槽隔膜效果的研究  37-38
  4.2 阳极区罗丹明B模拟废水的电解  38-43
    4.2.1 外加电压对阳极区罗丹明B降解的影响  38-39
    4.2.2 罗丹明B初始浓度对其在阳极区降解的影响  39-40
    4.2.3 电解时间对阳极区罗丹明B降解的影响  40-41
    4.2.4 电解液初始pH值对阳极区罗丹明B降解的影响  41-42
    4.2.5 电解质浓度对阳极区罗丹明B降解的影响  42-43
  4.3 有溶解氧条件下阴极区罗丹明B降解的研究  43-49
    4.3.1 外加电压对阴极区降解罗丹明B的影响  43-44
    4.3.2 电解液初始pH值对阴极区降解罗丹明B的影响  44-46
    4.3.3 电解时间对阴极区罗丹明B降解的影响  46-48
    4.3.4 支持电解质浓度对阴极区降解罗丹明B的影响  48-49
  4.4 无溶解氧条件下阴极区降解罗丹明B的研究  49-50
  4.5 阴极区罗丹明B的电解产物分析  50-54
    4.5.1 有溶解氧条件下阴极区罗丹明B的电解产物分析  50-52
    4.5.2 无溶解氧条件下阴极区罗丹明B的电解产物分析  52-54
  4.6 本章小结  54-56
第五章用硝基苯研究隔膜电解槽降解的机理  56-70
  5.1 有氧条件下阴极区降解硝基苯的影响因素  57-62
    5.1.1 外加电压对阴极区硝基苯COD_(Cr)降解的影响  57-58
    5.1.2 电解液初始pH对阴极区硝基苯COD_(Cr)降解的影响  58-59
    5.1.3 电解时间对阴极区硝基苯COD_(Cr)降解的影响  59-60
    5.1.4 电解质浓度对阴极区硝基苯COD_(Cr)降解的影响  60-61
    5.1.5 硝基苯初始浓度对阴极区硝基苯COD_(Cr)降解的影响  61-62
  5.2 无氧条件下阴极区降解硝基苯的研究  62
  5.3 阴极区硝基苯COD_(Cr)去除原因分析  62-64
    5.3.1 硝基苯在电解过程中的挥发  63
    5.3.2 硝基苯从阴极区渗透到阳极区的研究  63-64
  5.4 阴极区硝基苯电解产物分析  64-65
  5.5 反应机理研究  65-68
    5.5.1 OH与硝基苯反应  66-68
    5.5.2 H和OH共存时与硝基苯反应  68
    5.5.3 阴极降解机理  68
  5.6 本章小结  68-70
第六章电解-生物法处理印染废水的应用初探——常州东来染织公司印染废水的处理  70-73
  6.1 背景介绍  70
  6.2 工艺流程及其处理效果  70-73
第七章结论与建议  73-75
  7.1 研究结果汇总  73-74
  7.2 对后续研究的建议  74-75
参考文献  75-81
附录:攻读硕士学位期间论文发表情况  81-82
致谢  82-83

隔膜电解槽阴极区降解有机物的研究

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