电絮凝过程中金属氢氧化物絮体的产生机理研究

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随着我国化工产业的飞速发展,废水治理已成为亟待解决的问题。目前采用电絮凝(Electrocoagulation,EC)技术处理各种废水的研究日益增多,多数学者对电絮凝的工艺进行了优化研究,而对电絮凝的分离机理研究较少。电絮凝技术主要是通过絮体的专属吸附、网捕以及吸附架桥等作用分离去除水中的污染物。电絮凝过程中金属氢氧化物絮体的产生和吸附决定了电絮凝的效率,而絮体的产量和结构将对电絮凝效率起到至关重要的作用。因此本文选取含铜废水和四种染料废水为处理对象,探究电絮凝过程中各种因素对絮体的产量和结构的影响,并分析了絮体的产量和结构对其吸附污染物效率的影响机制。由于γ-FeOOH和α-FeOOH表面含有丰富的羟基自由基,具有良好的吸附性能。因此我们从铁絮体的结构角度出发,研究了工艺参数如曝气速率、初始pH值、沉淀时间等对电絮凝过程中产生的氢氧化物絮体结构的影响机理。选取染料废水和含铜废水为处理对象,探究了絮体的产量和结构对其吸附污染物效率的影响机制。结果表明:随着曝气速率的增大,铁絮体中γ-FeOOH和α-FeOOH会逐渐被氧化成γ-Fe2O3。沉淀时间越长,γ-FeOOH和α-FeOOH的含量越低,絮体中γ-Fe2O3含量越高。pH<5时,絮体主要以γ-FeOOH和α-FeOOH形式存在。pH>5时,铁絮体主要为γ-Fe2O3和α-FeOOH。在碱性条件下,添加微量的Na2SiO3或EDTA试剂,能有效地抑制γ-FeOOH转化为α-FeOOH和γ-Fe2O3。从絮体的产量和结构的角度出发,研究支持电解质和电极组合对絮体产量和结构的影响,此外对电絮凝过程中电极电化学性能进行了研究。研究发现,支持电解质对絮体产量和结构的影响较大。在铝电极电絮凝中,NaCl+Na2SO4为支持电解质时所产生的铝絮体量最多,铝絮体结构主要为AlO(OH)。对Al电极的极化曲线进行了研究,发现NaCl为电解质条件下,自腐蚀电位最小,自腐蚀电流最大,Al3+析出量最多。在铁电极电絮凝中,当支持电解质为NaCl+Na2SO4时所产生的铁絮体量最大,铁絮体的结构主要是α-FeOOH。当电解质为NaAc和NaNO3时,铁絮体产量极低,因此在使用铁电极电絮凝处理含有Ac-和NO3-废水时,会降低电絮凝分离效率。在锌电极电絮凝中,Na2SO4为电解质时所产生的锌絮体量最大,锌絮体主要以Zn(OH)2形式存在。由Zn阳极极化曲线分析可知,Zn电极在Na2SO4和NaCl溶液中的腐蚀速率最大。当阳极材料一致时,阴极材料为铝时絮体产量最高。当阴极材料一致时,不同阳极材料下EC絮体产量大小依次为:铝阳极EC>铁阳极EC>锌阳极EC。
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