微電解-Fenton氧化法處理染料廢水及其降解歷程的研究.pdf

1、染料廢水一般具有污染物濃度高、色度大、成分復(fù)雜、難降解等特點(diǎn)，是一種典型的難降解有機(jī)廢水，傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)其達(dá)標(biāo)排放。因此，研發(fā)一種高效、經(jīng)濟(jì)、適用的染料廢水處理技術(shù)并探討其作用機(jī)理，對(duì)于染料印染行業(yè)的廢水處理具有積極深遠(yuǎn)的意義。
　　本文以四種典型的染料活性艷橙X-GN、直接桃紅12B、活性艷藍(lán)X-BR、羅丹明B作為研究對(duì)象，采用鐵碳微電解-Fenton氧化法對(duì)染料水進(jìn)行處理研究，包括以下四方面內(nèi)容:(1)對(duì)模擬染料

2、廢水采用鐵碳微電解及Fenton試劑氧化聯(lián)合方法進(jìn)行處理研究;(2)對(duì)聯(lián)合方法降解各種染料的特性、條件進(jìn)行深入研究;(3)對(duì)鐵碳微電解及Fenton試劑氧化法處理染料的降解歷程分別進(jìn)行深入的探討;(4)對(duì)聯(lián)合工藝處理實(shí)際印染廢水的工藝條件進(jìn)行初步探討。
　　通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)研究與理論分析，論文獲得了如下研究成果:
　　(1)鐵碳微電解法能有效地對(duì)模擬染料廢水進(jìn)行脫色降解，其最佳反應(yīng)條件為:對(duì)于300mL濃度為2g/L的直接桃紅1

3、2B染料水，初始pH值為3±0.1，鐵屑投加量為10g，鐵碳比為1∶1.1，反應(yīng)時(shí)間為90min，COD的去除率達(dá)到了63.4％;對(duì)于300mL濃度為4g/L的活性艷橙X-GN染料水，初始pH值為2±0.1，鐵屑投加量為10g，鐵碳比為1∶1.2，反應(yīng)時(shí)間為90min，COD的去除率達(dá)到了62.3％;對(duì)于300mL濃度為4g/L的活性艷藍(lán)X-BR染料水，初始pH值為2±0.1，鐵屑投加量為10g，鐵碳比為1∶1.1，反應(yīng)時(shí)間為90min

4、，COD的去除率達(dá)到了55.4％;對(duì)于300mL濃度為2g/L的羅丹明B染料水，初始pH值為3±0.1，鐵屑投加量為10g，鐵碳比為1∶1.0，反應(yīng)時(shí)間為120min，COD的去除率達(dá)到了36.8％。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，各染料水的色度去除率都大于80％。
　　(2)鐵碳微電解-Fenton氧化法處理染料水的最佳條件組合為:對(duì)于經(jīng)微電解處理后的300mL濃度為2g/L的直接桃紅12B染料水，F(xiàn)enton氧化過(guò)程中雙氧水的最佳投加量為3

5、7mmol/L，最佳pH值為3±0.1，F(xiàn)enton試劑最佳作用時(shí)間為30min，其COD和色度去除率可分別達(dá)到83.7％和93.1％;對(duì)于經(jīng)微電解處理后的300mL濃度為4g/L的活性艷橙X-GN染料水，F(xiàn)enton氧化過(guò)程中雙氧水的最佳投加量為34mmol/L，最佳pH值為3±0.1，F(xiàn)enton試劑最佳作用時(shí)間為30min，其COD和色度去除率可分別達(dá)到84.8％和95.1％;對(duì)于經(jīng)微電解處理后的300mL濃度為4g/L的活性艷藍(lán)

6、X-BR染料水，F(xiàn)enton氧化過(guò)程中雙氧水的最佳投加量為38mmol/L，最佳pH值為3±0.1，F(xiàn)enton試劑最佳作用時(shí)間為30min，其COD和色度去除率可分別達(dá)到85.9％和95.2％;對(duì)于經(jīng)微電解處理后的300mL濃度為2g/L的羅丹明B染料水，F(xiàn)enton氧化過(guò)程中雙氧水的最佳投加量為55mmol/L，最佳pH值為3±0.1，F(xiàn)enton試劑最佳作用時(shí)間為30min，其COD和色度去除率可分別達(dá)到81.6％和91.2％。<

7、br>　　(3)利用UV、IR、HPLC-MS的譜圖分析手段研究鐵碳微電解-Fenton氧化法降解直接桃紅12B、活性艷橙X-GN、活性艷藍(lán)X-BR、羅丹明B的降解歷程，揭示了偶氮、蒽醌及羅丹明類染料的降解規(guī)律。
　　鐵碳微電解法處理染料過(guò)程中通過(guò)各種作用破壞了染料的共軛基團(tuán)結(jié)構(gòu)而使其脫色，但并未使染料結(jié)構(gòu)式中的苯環(huán)、萘環(huán)等發(fā)生開(kāi)環(huán)降解，并未使染料發(fā)生徹底降解。
　　Fenton試劑產(chǎn)生的羥基自由基具有很強(qiáng)的氧化性，可以將各

8、種染料徹底氧化降解。對(duì)于偶氮染料，羥基自由基首先攻擊電子云密度較高的基團(tuán)，特別是偶氮鍵附近的基團(tuán)，使其發(fā)色基團(tuán)結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而使染料脫色;然后攻擊更易于發(fā)生氧化反應(yīng)的基團(tuán)如萘環(huán)、苯環(huán)等;最后降解三嗪結(jié)構(gòu)。對(duì)于蒽醌類染料，由于蒽醌環(huán)的電子云密度要高于其他的苯環(huán)及三嗪結(jié)構(gòu)，所以羥基自由基首先攻擊蒽醌環(huán)附近的生色基團(tuán)，使其遭到破壞而脫色;然后是攻擊更易于發(fā)生氧化反應(yīng)的基團(tuán)，如萘醌、苯環(huán)等;最后降解三嗪結(jié)構(gòu)。對(duì)于羅丹明類的染料，羥基自由基首先

9、攻擊其結(jié)構(gòu)中雜環(huán)兩側(cè)的乙基，使染料結(jié)構(gòu)逐步脫去乙基，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)分解，雜環(huán)斷裂，染料脫色，并生成多種芳香酸;然后羥基自由基再攻擊芳環(huán)，使其開(kāi)環(huán)降解。各種染料的降解中間產(chǎn)物再經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)過(guò)程最終礦化為無(wú)機(jī)物質(zhì)。
　　本文通過(guò)對(duì)鐵碳微電解-Fenton氧化處理模擬染料廢水及實(shí)際廢水的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了鐵碳微電解-Fenton氧化技術(shù)降解各類主要染料的降解特性、降解歷程、降解規(guī)律以及實(shí)際廢水處理的最適宜條件等方面的研究成果。這些研究成果不但

10、為將鐵碳微電解-Fenton氧化技術(shù)發(fā)展成為高效、經(jīng)濟(jì)的染料及印染廢水處理技術(shù)和今后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)，而且可對(duì)該類技術(shù)處理染料廢水的工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程的優(yōu)化提供參考，具有重要的指導(dǎo)意義。
　　本論文的創(chuàng)新性如下:首先，對(duì)采用鐵碳微電解及Fenton試劑氧化聯(lián)合方法處理降解各種染料的特性、條件進(jìn)行了深入研究，掌握了該聯(lián)合處理技術(shù)降解污染物的反應(yīng)規(guī)律及最佳條件組合，探索出了一套對(duì)染料及印染廢水進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理的聯(lián)合技術(shù)方法

11、;其次，在國(guó)內(nèi)首次同時(shí)運(yùn)用UV、IR、HPLC-MS的譜圖分析手段對(duì)鐵碳微電解及Fenton反應(yīng)降解直接桃紅12B、活性艷橙X-GN、活性艷藍(lán)X-BR、羅丹明B等染料的中間產(chǎn)物及最終產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)、分析、判斷，各種方法互相佐證，大大提高了分析檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度及可信度，在此基礎(chǔ)上揭示了各染料降解的機(jī)理，并準(zhǔn)確推測(cè)出了各種染料的降解歷程，從而獲得鐵碳微電解-Fenton氧化處理上述各類染料廢水過(guò)程中污染物降解的基本規(guī)律，為探索多環(huán)芳烴類染料的