摘要

研究了Fe-ACF雙極電fenton技術處理剛果紅廢水的效果。通過控製影響因素，研究了Fe-ACF雙極電- fenton工藝對叢紅的處理效果。結果表明，電解電壓、電解液濃度、pH值和電解時間對剛果紅廢水的脫色有影響。在試驗範圍內，最適pH為7。在最佳pH值、電壓25V、電解液濃度為10 g/L的條件下，對剛果紅廢水的脫色率可達100%，COD去除率可達95%以上。在不同的pH值下，剛果紅以不同的形式析出，影響剛果紅的氧化程度。雙極電fenton技術是一種有效的染料廢水處理技術。

關鍵字

Fe-ACF雙極electro-Fenton;剛果紅;染料廢水;先進的氧化

簡介

隨著紡織和染料工業的發展，染料廢水的排放不斷增加[1,2]。紡織工業廢水是發展中國家最嚴重的環境問題之一。偶氮染料因其活性基團能與紡織纖維形成共價鍵[4]而在紡織工業中得到廣泛應用。大多數偶氮染料對水生生物具有毒性，對人類具有突變和致癌性，如不適當處理，可能對環境和生態造成長期影響。其中，剛果紅(CR)作為一種有機合成染料在紡織工業中得到了廣泛的應用。鉻的降解副產物含有有毒的芳香胺化合物，具有致癌性，對皮膚、眼睛、血液和人體生殖細胞[6]有害。該類廢水具有高鹽度、濃色度、高化學需氧量(COD)和高波動pH值等特點[7,8]。染料廢水一直被視為棘手的工業廢水之一。偶氮染料在常規好氧處理工藝中具有耐生物降解性，近年來隨著染料技術的發展和染色產品的升級，染料廢水的處理變得越來越困難。傳統的廢水處理工藝已不能滿足染料廢水的要求。 Adopting some new process and improve the treatment efficiency for dye wastewater is the most urgent problem.

近年來，先進的氧化技術被描述為從幾種有機化合物中獲得高氧化收率的有效方法[9-11]。電fenton技術作為一種先進的氧化技術，已被研究用於處理難降解有機廢水，並取得了較好的發展[12-15]。電Fenton主要依賴於芬頓試劑的原位和催化生產-過氧化氫(H₂O₂和亞鐵^{2 +})產生羥基自由基，與水中的有機汙染物發生反應，最終破壞有機汙染物[16,17]。在electro-Fenton、鐵^{2 +}和H₂O₂在原地產生，H₂O₂是在催化量鐵離子的存在下產生的電，從而導致

強氧化劑HO▪[18-20]的形成。

O₂+ H⁺→H₂O₂…(1)
菲^{2 +}+ H₂O₂→鐵^{3 +}+ ho▪+ oh−...... (2)
何鴻燊▪+ H₂O₂→H₂O +何₂▪……（3）
菲^{3 +}+何₂▪→鐵^{2 +}+ H⁺+ O₂……（4）
菲^{2 +}+何₂▪→鐵^{3 +}+何₂- ...... ( 5)
菲^{2 +}+▪OH→Fe^{3 +}+哦-……(6）

Serkan Sahinkaya[21]研究了電fenton氧化與超聲處理相結合降解合成紡織品中活性黑5和去除化學需氧量(COD)，並表明在最佳pH值為3，直流電流為0.25 A, H₂O₂投加量為800 mg/L時，RB - 5降解和COD去除率均可達到較高水平。Ricardo Salazar等人[22]研究了利用太陽光-電- fenton降解水中分散偶氮染料的方法，結果表明，電- fenton過程伴隨著Fe(III)配合物和副產物的額外光分解，使得兩種染料溶液幾乎完全礦化。Ali Ozcan等[23]使用海綿碳作為電fenton法的正極材料降解合成染料堿性藍3，獲得了91.6%的TOC去除率。

采用雙極電fenton法處理剛果紅廢水。通過係統分析，探討了該技術的可行性。

材料和方法

Fe-ACF電- fenton過程在未分割的玻璃槽中分批進行，用磁力攪拌器攪拌1000 mL溶液。陽極為10cm*8cm *0.5cm的鐵皮，陰極為10cm*8cm的活性炭纖維。壓縮空氣通過空氣泵輸送到陰極(圖1)。電解是在直流電源下進行的。剛果紅廢水采用剛果紅溶於水中，0.1M Na₂所以₄溶液作為支撐電解質。

電解在室溫下進行，加入0.1 mol/L硫酸和氫氧化鈉溶液調節水的pH值。用分光光度法測定剛果紅的濃度。

結果與討論

本研究考察了pH、支撐電解質濃度、電解時間和操作電壓等因素對電解效果的影響。本文的研究結果如下。剛果紅初始濃度為0.7 mmol/L。

pH值的影響

PH值對電fenton法的處理效率有一定影響。一般來說，為了生產大量的。oh，水的pH值控製在2-3左右。本組實驗中，電解液濃度恒定為10 g/L，操作電壓為25V, pH分別為2.0、5.0、7.0。注意，在完全相同的條件下，每個pH值至少重複3次實驗，並使用平均值進行計算。pH對剛果紅去除率的影響如圖2所示。

從不同pH值下的平均剛果紅去除率可以明顯看出，pH值對雙極電fenton法去除剛果紅的效率有影響。pH為7.0時，剛果紅的去除率在整個電解過程中較高，pH為5.0和2.0時，去除率先較低，但隨著電解過程的進行，去除率逐漸升高。

這可能是因為當水的pH值為7.0時，剛果紅以磺酸鈉鹽的形式存在(圖3)，很容易被氧化。而隨著pH值的降低，剛果紅的形態發生變化。特別是當pH低於3.0時，剛果紅與-NH以鄰鄰醌類鹽的形式存在(圖4)^{2 +}，耐氧化。因此，在較低的pH值下，剛果紅的去除效率較低。但隨著電解過程中氧化因子(。oh)的增加，剛果紅的去除率提高。

傳統的高級氧化工藝是在酸性pH (pH值為2.0-5.0)條件下進行的，以獲得較高的遊離羥基自由基收率，這對該技術的應用造成了很大的限製。

圖1:雙極電-芬頓係統原理圖

圖2:不同pH對剛果紅的去除率

圖3:中性pH下剛果紅的化學結構

圖4:酸性pH < 3時剛果紅的化學結構

在本實驗中，最佳pH值為7.0，突破了酸性pH的限製，非常有利於該技術的發展。

支持電解質濃度的影響

以上實驗結果表明，pH保持在7.0，操作電壓為10V，輔助電解質濃度分別為5、10、15、20、25、30 g/L，以考察電解質濃度的影響。圖5為不同電解液濃度下的剛果紅去除率，圖6為COD去除率。由兩幅圖可以看出，剛果紅的去除率隨著電解液濃度的增加而提高。由圖5可知，當電解液濃度為5 g/L時，整個電解過程中剛果紅的去除率都很低。當電解液濃度增加到10 g/L時，剛果紅的去除率明顯提高，且隨電fenton過程的進行而提高。

圖5:支持電解質濃度對剛果紅去除的影響

圖6:輔助電解質濃度對COD去除的影響

這可能是因為水是用自來水合成的水，電導率很低。當電解液濃度較低時，電流效率較低，電解過程中很難發生芬頓反應，因此剛果紅不能被氧化脫除。而隨著電解液濃度的增加，電流效率增加，在電過程中容易發生芬頓反應，從而使剛果紅被氧化脫除。隨著電解工藝的發展，產生的. oh越來越多，對剛果紅的去除率也隨之提高。

工作電壓的影響

在本組實驗中，改變電壓(5、10、15、20、25和30V)， pH恒定為7.0，電解液濃度保持在10 g/L。電壓影響的結果如圖7所示。電壓對電fenton法去除剛果紅有明顯的正向影響。在5V低電壓下，5min時剛果紅去除率為74.3%，60min後下降到87.1%。隨著電壓的增加，去除率增加。在10V電壓下，從5min時的80.3%增加到60min時的97.1%。15V時，5min去除率達到85.7%，55min時去除率達到100%。20v、25v和30V時，5min去除率分別為90%、91.4%、92.9%，45min、25min和20min時去除率分別達到100%。

圖7:工作電壓的影響

結論

研究結果表明，Fe-ACF雙極電fenton法處理剛果紅廢水具有良好的效果。影響剛果紅廢水處理效率的因素有pH、輔助電解質濃度、電解時間和操作電壓等。在實驗條件下，最佳pH值為7.0。操作電壓和支持電解質條件對剛果紅的處理有積極影響。例如，本研究中的雙極電-芬頓工藝能夠去除100%的剛果紅顏色和高達95%的COD。雙極電fenton工藝突破了酸性pH條件的限製。

確認

感謝“2014年大連市建設科技規劃項目”和“2012年中央入海金項目(環境)——遼寧省雙台子河口濕地植被修複與重建”的支持。

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條信息

Aritcle類型:研究文章

引用:張軍，邵敏，陶鵬(2015)Fe-ACF雙極電fenton技術處理剛果紅廢水。國際水與汙水處理雜誌2(1):doi http://dx.doi.org/10.16966/2381- 5299.114

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出版的曆史:

收到日期:2015年11月03

接受日期:2015年12月11日

發表日期:2015年12月15日