CN103304008A - 四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，属于废水处理领域。该方法包括以下步骤：在外加电场的存在下，往有机废水中加入硫酸钠作为电解质，将四氧化三铁投加入有机废水中，通入电流，进行反应。本发明以四氧化三铁颗粒作为粒子电极，提高了电化学过程的传质速率，并降低了能耗，提高了有机污染物的去除率。

Description

四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法

 

技术领域

    本发明属于废水处理领域，涉及一种四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法。

背景技术

工业的发展造成了越来越严重的环境水污染，水体中大量污染物严重威胁着人类自身的健康。近年来，电化学水处理方法受到了广泛关注。利用电极过程及其相关反应，通过直接或间接的氧化还原、凝聚絮凝和协同转化等综合作用，对水体中的有机污染物具有优良的去除效果。由于电化学方法具有水质净化效率高，无二次污染，使用方便，易于操控等突出优点，在废水处理和水质净化等方面得到了越来越多的应用。

电化学氧化作为电化学方法的一种，能使污染物在阳极表面直接氧化或被阳极产生的强氧化性物质而氧化。在电化学氧化过程中，电极材料对有机污染物的降解具有一定的影响。目前，DSA阳极（尺寸稳定阳极，Dimensional stable anode）常常被应用于电化学氧化过程中。DSA阳极主要由基体金属和覆镀了具有电催化活性金属氧化物的表面活性涂层组成。金属基体起骨架和导电作用，表面活性涂层参与阳极电化学反应。DSA阳极具有化学稳定性高和使用寿命长等优点。而且在电化学氧化过程中，DSA阳极表面可以产生具有强氧化性的羟基自由基(M(^·OH))，M(H₂O) → M(^·OH) + H⁺ + e^–，从而氧化水中的有机污染物。

在电场中引入导电粒子能提高电化学氧化对废水的处理效率。将小颗粒的粒子引入电场可以形成无数带电的微电极，即粒子电极。由于粒子电极具有巨大的比表面积和较强的导电性，因此能提高电化学氧化过程的传质速率，并降低能耗。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，该方法以DSA阳极作为阳极，耐蚀电极作为阴极对水体中的持久性污染物进行降解，并加入四氧化三铁颗粒作为粒子电极，提高了电化学过程的传质速率，并降低了能耗。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，包括以下步骤：在外加电场的存在下，往有机废水中加入硫酸钠作为电解质，将四氧化三铁投加入有机废水中，通入电流，进行反应；所述的有机废水优选为含橙黄Ⅱ的废水。

所述的外加电场优选为以DSA阳极作为阳极，耐蚀电极作为阴极；所述的DSA阳极优选为Ti/RuO₂-IrO₂平板电极，所述的耐蚀电极优选为不锈钢平板电极。

所述的有机废水优选为先将其pH调节为3.0～9.0；更优选的，将pH值调节成3.0。

所述的硫酸钠的浓度优选为50 mmol/L。

所述的四氧化三铁的投加量优选为0.2～0.8 g/L。

所述的电流的强度优选为0.2～1.0 A。

本发明方法的有益效果是：

（1）四氧化三铁粒子能在电化学反应器里中形成无数个微电极，从而强化传质，降低的能耗，提高了电流效率；

（2）四氧化三铁粒子具有磁性，易于回收，保证了处理后有效的固液分离，重复利用性高；

（3）本发明工艺操作简单易行，且去除效果较好。

具体实施方式

偶氮染料类污染物为典型的有机废水，偶氮染料是目前应用最广泛的合成染料且难以被生物降解。偶氮染料具有毒性和致癌性，这使染料废水的处理成为当今社会广泛关注的问题。因此，实施例中选用偶氮染料橙黄Ⅱ作为目标污染物。

下面通过实施例对本发明作进一步说明，阐明本发明的突出特点和显著进步，仅在于说明本发明而绝不限于本发明。

实施例1

对比（1）单独四氧化三铁、（2）单独电解和（3）四氧化三铁粒子电极电化学氧化三种体系对橙黄Ⅱ降解效率的影响，各体系操作条件及对橙黄Ⅱ降解的结果如下所示。

（1）单独四氧化三铁体系

橙黄Ⅱ溶液浓度：25 mg/L；橙黄Ⅱ废水体积：200 mL；pH值：3.0；硫酸钠浓度：50 mmol/L；四氧化三铁投加量：0.5 g/L。

（2）单独电解体系

阳极：Ti/RuO₂-IrO₂平板电极；阴极：不锈钢平板电极；电极规格：5×11.9 cm；橙黄Ⅱ溶液浓度：25 mg/L；橙黄Ⅱ废水体积：200 mL；硫酸钠浓度：50 mmol/L；pH值：3.0；供电方式：直流电，0.5 A。

（3）四氧化三铁粒子电极电化学氧化体系

阳极：Ti/RuO₂-IrO₂平板电极；阴极：不锈钢平板电极；电极规格：5×11.9 cm；橙黄Ⅱ溶液浓度：25 mg/L；橙黄Ⅱ废水体积：200 mL；硫酸钠浓度：50 mmol/L；pH值：3.0；四氧化三铁投加量：0.5 g/L；供电方式：直流电，0.5 A。

表1 不同体系下橙黄Ⅱ的去除率

    结果显示：在单独四氧化三铁体系中，橙黄Ⅱ去除率在在反应60 min后为2.12%，反应速率缓慢；在单独电解体系中，橙黄Ⅱ的去除率在反应60 min后达到61.1%；四氧化三铁粒子电极电化学氧化体系中，橙黄Ⅱ在反应60 min后的去除率为82.7%，超过了前两个体系的去除率之和，表明四氧化三铁粒子电极与电化学氧化之间具有协同作用。

实施例2

对比不同pH值条件对橙黄Ⅱ去除率的影响，分别在酸性pH值为3.0、中性pH值为6.0以及碱性pH值为9.0的四氧化三铁粒子电极电化学氧化体系中研究橙黄Ⅱ的去除率，详细操作条件与处理结果如下所示。

操作条件：阳极：Ti/RuO₂-IrO₂平板电极；阴极：不锈钢平板电极；电极规格：5×11.9 cm；橙黄Ⅱ溶液浓度：25 mg/L；橙黄Ⅱ废水体积：200 mL；硫酸钠浓度：50 mmol/L；pH值：3.0、6.0、9.0；四氧化三铁投加量：0.5 g/L；供电方式：直流电，0.5 A。

表2 不同pH下橙黄Ⅱ的去除率

    结果显示：在上述pH范围内，橙黄Ⅱ均能得到有效去除，且酸性条件下橙黄Ⅱ的去除率高于中性和碱性条件下橙黄Ⅱ的去除率。

实施例3

对比不同电流强度条件对橙黄Ⅱ去除率的影响，分别在电流强度为0.2 A、0.5 A和1.0 A体系的四氧化三铁粒子电极电化学氧化体系中研究橙黄Ⅱ的去除率，详细操作条件与处理结果如下所示。

操作条件：阳极：Ti/RuO₂-IrO₂平板电极；阴极：不锈钢平板电极；电极规格：5×11.9 cm；橙黄Ⅱ溶液浓度：25 mg/L；橙黄Ⅱ废水体积：200 mL；硫酸钠浓度：50 mmol/L；pH值：3.0；四氧化三铁投加量：0.5 g/L；供电方式：直流电，0.2 A、0.5 A、1.0 A。

表3 不同电流强度下橙黄Ⅱ的去除率

结果显示：不同电流条件均对反应有促进作用，电流强度越高橙黄Ⅱ的去除率越高。

实施例4

对比四氧化三铁投加量对橙黄Ⅱ去除率的影响，分别在四氧化三铁投加量为0.2 g/L、0.5 g/L和0.8 g/L的四氧化三铁粒子电极电化学氧化体系中研究橙黄Ⅱ的去除率，详细操作条件与处理结果如下所示。

操作条件：阳极：Ti/RuO₂-IrO₂平板电极；阴极：不锈钢平板电极；电极规格：5×11.9 cm；橙黄Ⅱ溶液浓度：25 mg/L；橙黄Ⅱ废水体积：200 mL；硫酸钠浓度：50 mmol/L；pH值：3.0；四氧化三铁投加量：0.2 g/L、0.5 g/L、0.8 g/L；供电方式：直流电，0.5 A。

表4 四氧化三铁投加量下橙黄Ⅱ的去除率

结果显示：四氧化三铁投加对反应有促进作用，投加量越高橙黄Ⅱ的去除率最高。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，其特征在于包括以下步骤：在外加电场的存在下，往有机废水中加入硫酸钠和四氧化三铁，通入电流，进行反应。

2.根据权利要求1所述的四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，其特征在于：所述的有机废水为含橙黄Ⅱ的废水。

3.根据权利要求1所述的四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，其特征在于：所述的外加电场以DSA阳极作为阳极，耐蚀电极作为阴极。

4.根据权利要求3所述的四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，其特征在于：所述的DSA阳极为Ti/RuO₂-IrO₂平板电极，所述的耐蚀电极为不锈钢平板电极。

5.根据权利要求1所述的四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，其特征在于：所述的有机废水先将其pH调节为3.0～9.0。

6.根据权利要求5所述的四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，其特征在于：所述的有机废水先将其pH调节为3.0。

7.根据权利要求1所述的四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，其特征在于：所述的硫酸钠的浓度为50 mmol/L。

8.根据权利要求1所述的四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，其特征在于：所述的四氧化三铁的投加量为0.2～0.8 g/L。

9.根据权利要求1所述的四氧化三铁粒子电极协同电化学氧化处理有机废水的方法，其特征在于：所述的电流的强度为0.2～1.0 A。