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各类实验室排放出的废水,与工、农业生产废水一样,造成了一定的环境污染,对人类和生态存在着潜在的威胁。目前,由于社会缺乏对实验室废水的关注,加上实验废水自身的复杂性,因此,还没有一个完善的、适合实验室的废水处理系统。被称为“环境友好”技术的电化学方法在多种污染物处理技术中显示了与众不同的特点,特别是越来越多的功能电极材料的不断开发并运用于环境的治理,使电化学除污技术得到突飞猛进的发展。本课题进行了钛基二氧化铅功能电极的制备及性能研究、电催化降解废水中的苯酚、电沉积废水中的铜以及同时处理含铜、酚模拟废水等四个方面的研究工作。
电极的催化性能高低不是电极表面电催化活性物质单方面就能发挥作用的,还需要电极本身具有良好的导电性和工作的稳定性。所制作的钛基二氧化铅电极,其底层涂敷有致密的锡、锑氧化物,能有效提高电极的导电性,同时,涂层对钛基体严密的包裹,能防止基体的氧化腐蚀,从而延长了电极的寿命。在电极的制备过程中对电极底层和电极表层进行了XRD和SEM表征,结果表明,电极底层锡、锑氧化物在钛基体上形成了致密的共熔体,电极表层为金红石型的β-PbO2晶粒,呈sky-lotus型,表层还显示了掺杂氧化铌的细小晶粒散落分布在β-PbO2晶粒间,这种构型具有很好的水亲合作用以及对β-PbO2在电沉积时产生的畸变应力有很好的分散作用。电极极化曲线说明新型掺杂钛基二氧化铅电极的电化学性能,有比铂电极更高的析氧超电势,且在同一电位下,有比铂电极更低的析氧电流密度。这说明钛基二氧化铅电极对析氧副反应有较强的抑制作用。
苯酚复杂的电降解历程大致表示为:苯酚→1,4-苯醌+对苯二酚→马来酸+富马酸→草酸→二氧化碳+水。在电化学处理含酚废水的过程中,通过一系列工艺条件的考察,发现pH值、温度和电流密度都会影响到酚类物质的降解;废水中有一定量的Cl-离子存在时,能抑制阳极上的析氧反应,并且新生的ClO-能氧化苯酚及降解的中间产物,这对电流效率的提高和苯酚降解效率的改善有积极作用;在碱性条件下苯酚的去除率较高,但对电极有较大程度的损坏,影响了电极的使用寿命。实验结果表明,在T=20℃,i=20mA.cm-2,pH=7条件下,酚的去除率达到78.62%,基本达到对含酚废水治理的目的。在同样条件下,若含酚废水中存在21.3g·L-1Cl-能使苯酚的去除率达到97.16%,几乎达到除尽的效果。
用电化学方法处理含铜废水过程中,以不锈钢片作阴极,自制Ti/PbO2为阳极。研究表明,增加电极材料的析氢过电位、适当降低pH值、提高温度和电流密度等,都有利于铜电沉积效率的提高。在起始pH=1,T=30℃,i=20mA·cm-2的条件下,对含铜模拟废水(9.4g.L-1Cu(NO3)2+7.1g·L-1Na2SO4)电解120min,去除率达到了94.16%。
以钛基二氧化铅电极作阳极,不锈钢片作阴极,采用电催化氧化和电沉积法同时处理含铜、酚模拟废水。在起始pH=1,T=30℃,i=20mA·cm-2的条件下,对模拟废水(9.4g.L-1Cu(NO3)2+O.5g·L-1C6H5OH+7.1g·L-1Na2SO4),电解120min时,铜的去除率为94.16%,苯酚的去除率已达83.61%。电解180min,铜、酚的去除率都超过了99%。