扩展阴极法处理含铜废水的研究论文

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1、扩展阴极法处理含铜废水的研究论文.freeldiluteacidicsolutionethod，theremovingefficiencyethodptiontheelectrolysiselectroplating；ent；electrolysis；extensivecathode；copperrecovery电解法是一种常规的含铜废水处理工艺.freelg/L），使废水中Cu2+的去除率达到了99％以上，同时提高了操作电流，降低了回收成本。1实验原理及装置1.1实验原理扩展阴极法是一种新型的电化学反应处理法，它是在平行板电解槽的两

2、极之间填充与去除金属离子同元素的纯金属丝或金属粒，并使之与阴极相连，在电解时充当阴极并一起发失电化学反应。它与常规电解法相比有以下的优点：①增大了阴极的表面积，使得阴极的电流密度大大降低，操作电流大为提高，同时降低了铜析出的超电压。②改善了物质的传质效果，缩短了Cu2+的迁移距离，降低了操作电压。③改善了电解液的电导率，提高了处理效率。当电流通过装有酸性含铜废水的电解槽时，在阴极上电极电位较高者优先发生还原反应，因而阴极反应以铜的析出为主：在阳极上电极电位较低者优先发生氧化反应，当电解液中含有硫酸时，阳极反应以水的电解氧化为主，当电解

3、液中含有盐酸时，则以氯气的析出为主。1.2实验装置实验装置如图1所示，由电解槽、电极板、铜丝网、隔离网和直流电源5部分组成、其中电解槽采用焊接PVC板矩形结构；电极板为两个相同尺寸的平行电极，阴极为铜电极并用钢丝扩展，阳极采用石墨电极；铜丝网与阴极相连，阳极外有隔离网。2实验结果研究对象为酸性含铜电镀废水，pH=1.5左右，ρ(Cu2+)=902.5mg/L。取酸性含铜废水500mL，置于电解槽中进行电解回收，变换各操作参数，考察对铜回收的影响，并与常规板式电极电解法相比较。2.1铜的去除率与电解时间的关系对比当电解电流为100mA，

4、电解温度为18℃时，Cu2+的去除率与电解时间的关系如图2所示。随着电解时间的延长，Cu2+的去除率均增加。由法拉第电解定律可知，物质的去除量与电解时间成正比，但采用扩展阴极法，Cu2+的去除率增加得快，而常规电解法，Cu2+的去除率增加缓慢。这反映出两种电解工艺的电流效率有所不同，虽然在电解过程中，施加的操作电流保持恒定，但由于扩展阴极法的铜析出电流效率远远大于常规板式电极，因而在相同的电解时间内，扩展阴极法的去除率高于常规电解。2.2操作电流与电流效率关系对比加钢丝网扩展阴极，电解温度为18℃，电解时间为3.5h，电流效率与操作电

5、流的关系如图3所示：当操作电流强度升高时，电流效率均有所降低。但采用扩展阴极法，电流效率随电流变化较缓；而常规电解法，电流效率随电流变化显著。因为操作电流的改变，改变了阴极的电流密度。当电流密度升高时，阴极上产生明显的氢的超电位，同时过大的电流密度造成阴极表面滞流层中Cu2+的质量浓度降低，改变了铜的析出电位，使得H+在阴极上更容易得到电子被还原成氢气，降低了铜的电流效率。对于扩展阴极法，由于阴极表面积很大，即使提高了操作电流，阴极电流密度变化较小，氢的超电位变化不大，所以电流效率仍可稳定在高效率段。可见，采用扩展阴极法电解时，电流效

6、率得到了很大改善，且不因电流强度的变化而有很大变化。2.3铜去除率与pH值的关系对比加钢丝网扩展阴极，电解温度为18℃，电解时间为3.5h，电解电流为100mA，Cu2+的去除率与pH值的关系如图4所示：从图中两条曲线可以看出，只要控制含铜废水的pH值在酸性条件下，Cu2+的去除率几乎不发生变化，这是因为铜的实际沉积电位远远大于氢的实际析出电位，pH值的改变对此影响甚微。只有当Cu2+的质量浓度降低至50mg/L以下且操作电流较大时，Cu2+的去除率才会明显受H+浓度变化的影响，亦即受pH值的影响。此时，阴极可以观察到较明显的H2析出

7、。当电解液pH值超5.2时，可观察到Cu(OH)2的沉淀析出。因而不论何种电解方式均应控制在酸性条件下运行，且操作电流受一定限制。3经济分析通过对上述实验过程的分析，在最佳条件下进行电解，每立方米废水电解时电耗可根据下式计算：式中：I－电流，A；Vs－处理水样的体积，L；Vd－电压，V；t－时间，h；η1－电流效率；η2－整流效率。由上式计算，采用扩展阴极法，在本实验装置及实验用水的具体条件下，从水中回收1000g铜，电耗4.6k．北京：中国环境出版社，1988．2朱亦仁．环境污染治理技术M．北京：中国环境科学出版社，1996．127

8、～150．