生物催化电解工艺强化偶氮染料茜素黄r的脱色效能研究

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1、生物催化电解工艺强化偶氮染料茜素黄R的脱色效能研究第1章绪论1.1研究背景随着印染工艺的发展，越来越多的染料被使用和生产，随之产生的含有染料的废水已经成为水处理领域关注的重点和难题，了解染料的分类和结构特征是研究染料废水处理的基础，是水处理工艺和方法选取的依据。染料可以按照应用目的分类，也可以按照化学结构和性质进行分类。按照染料的化学结构可分为偶氮染料、蒽醌染料、二苯乙烯染料、靛蓝染料、三苯甲烷染料、苯乙烯基染料、三芳基甲烷染料、内酯类染料等，染料的结构由发色基团和助色基团组成[1,2]，发色基团具有潜在的吸收近紫外光区的光而产生颜色的能力，常见的发色基团如表1-1所示，包括硝基、

2、亚硝基、偶氮键、蒽醌、三苯甲基、二苯甲基等[3]，助色基团帮助染料通过稳定的化学键连接到被染材料，常见的助色基团有酸性助色基团–OH,–COOH,–SO3H和碱性助色基团–NH2,-NHR,–NR2。按照染料的用途可以分为酸性染料、碱性染料、直接染料、分散染料、活性染料、还原性染料等（表1-2），其中，直接染料具有磺酸基或羧基，易溶于水；酸性染料含有磺酸基或羧酸基，易于在酸性染浴中着色；还原性染料是含有两个以上的羰基的不溶性多环芳香族化合物；分散染料的水溶性很低，分子中不含有磺酸基、羧基等水溶性基团，根据印染材料的性质不同

3、，这些染料可用于不同材质（棉、羊毛、涤纶、纤维、蚕丝、人造丝等）的印染。按照染料的性质又可以分为阳离子染料、阴离子染料和非离子化分散性染料（表1-3），它们与印染底物表面通过物理作用（范德华力吸附）或化学作用发生反应而吸附，达到染色的目的。在合成工艺发展起来之前，印染工艺使用天然染料，如直接从藏红花、甲花、胭脂虫洋花、洋苏木等植物提取的染料，以及从动物体内提取的染料，如：从地中海软体动物的提取物可制成棕色和黄色染料，大部分天然染料都具有腐蚀性，需要添加固定剂。随着合成工艺的发展，合成染料被广泛使用，其中偶氮染料是最古老的染料类型，在每一种印染工艺中都发挥着重要的作用[4]。1.2偶

4、氮染料废水的处理技术生物法处理偶氮染料废水具有效率高、能耗少、成本低、环境污染小的特点，是一种被广泛使用的处理工艺。多种微生物，如细菌、真菌、酵母和藻类等[19]，都可以将偶氮染料脱色，甚至在特定的条件下可以将染料完全矿化降解。大部分偶氮染料可以通过生物处理工艺去除[20]，如表1-5所示。常用的生物处理工艺有厌氧生物法、好氧生物法、厌氧-好氧联合工艺。大量研究表明，偶氮染料由于其结构特点，难以在好氧条件下通过传统的活性污泥法降解[9]，Pagga和Brom的聚氯乙烯材料（PVC，厦门亿伟模型厂，中国）制成，由体积相等的阳极室和阴极室组成，中间由阳离子交换膜（有效面积约为7cm2，

5、UltrexCMI-7000，美国）隔开，外部呈长方体形状，棱长分别为L12cmH6cm，内部成圆柱形，直径Φ为5cm，高H10cm，阳极室和阴极室的总容积均为100mL，阳极材料为碳纤维刷（Φ4.5cmL4.5cm），碳纤维刷由直径为1mm的钛丝（宝鸡力兴钛业有限公司，中国）及碳纤维强力拧合制成。阴极采用不锈钢网作为电极，钛丝为电流收集器，与外部电路相连，阳极室和阴极室填充电极后的有效容积分别为60mL和90mL，外部电路负载电阻为200Ω，阳极置有饱和甘汞参比电极（SCE+245mVvs标准氢电极SHE，model-217，上海精密科学仪器有限公司）

6、，用来监测阳极的电位变化，本章中所有的电位数据均为相对于饱和甘汞参比电极的电位。反应器与数据记录仪（Keithley2700,KeithleyCo.Ltd.,美国）连接，实时记录反应器的电位及电压变化，连接电路如图2-2所示，反应器的电流由反应器两端的电压与负载电阻根据欧姆定律计算得出。..2.2实验设备和试剂.第3章升流式生物催化电解反应器对茜素黄R的脱色效能及系统优化........473.1引言..........473.2偶氮染料茜素黄R对电极微生物活性的影响.......483.2.1双极室生物催化电解反应器的启动.........483.2.2茜素黄R对生物阳极电位和电

7、流的影响........493.2.3茜素黄R对生物阳极电化学性质的影响........513.3偶氮染料茜素黄R在UBER中的还原脱色..........553.4茜素黄R还原产物的矿化..........713.5本章小结..........80第4章厌氧-生物催化电解耦合系统的开发及对茜素黄R的脱色效能..........824.1引言..........824.2反应器的启动和运行..........824.3不同形式的工艺对茜素黄R的脱色效能比较......