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1、活性炭纤维电极法处理含酚废水的研究郑春燕,易芬云,陈水挟*基金项目中山大学化学与化学工程学院第六届创新化学实验与研究基金项目(批准号:200633)资助第一作者郑春燕(1983年出生),女,中山大学化学与化学工程学院化学工程与工艺专业2002级指导教师陈水挟Email:cescsx@zsu.edu.cn（中山大学材料科学研究所,聚合物复合材料与功能材料教育部重点实验室,广州510275）摘要以活性炭纤维作为阳极,不锈钢板为阴极,采用电化学氧化法对模拟的含酚废水进行了处理.结果表明,其最佳的实验操作条件为:pH值为3、进水苯酚浓
2、度为500mg/L、电流密度为26mA/cm2、Na2SO4浓度为15g/L.在最佳实验条件下,苯酚和COD的去除率均能达到95%以上,取得了很好的去除效果.同时,通过对比不同电极材料的降解效果,证明了具高比表面积的活性炭纤维作为电极材料,能充分将其导电、吸附、催化及稳定性能有效地结合起来,实现高效净化,具有良好的应用前景.并初步探索了该电化学处理体系中苯酚的降解机理.关键词电化学氧化活性炭纤维电极苯酚一前言酚类化合物作为一种重要的有机化工基本原料,广泛应用于国民经济的各个方面.但由于其具有较强的毒性和刺激性,不经处理任意排放
3、会对水环境带来严重危害.废水中的酚类物质主要包括苯酚、甲酚及其他的酚类化合物,来源于石油化工、煤化工、苯酚生产及酚醛树脂生产等[1],对人类环境的潜在影响很大,因而对该类化合物的处理一直是人们所关注的问题.在含酚废水的治理技术中,电催化氧化法一般无需很多化学药品,后处理简单,被称为清洁处理法,具有良好的应用前景.本文采用对有机物具有较高吸附性能的活性炭纤维作为电极材料,充分将其导电、吸附及催化性能有效地结合起来应用于含酚废水的处理,开发新型的活性炭纤维催化电极材料.同时,对于其最佳工艺条件以及苯酚降解历程进行探索,并以不同的电
4、极材料进行对比实验.二实验部分1．实验试剂与仪器苯酚,4-氨基安替比林,铁氰化钾,重铬酸钾（基准）,硫酸银,硫酸汞,邻苯二甲酸氢钾等等,无特殊说明的试剂均为AR试剂;UV-7504C紫外可见分光光度计,MS-3型微波消解COD测定仪,HP1100型高效液相色谱仪等.2．分析方法实验采用活性炭纤维电极为阳极,不锈钢板为阴极,采用三电极体系对模拟的含酚废水进行处理.采用连续降解方式,每隔适当的时间,取样测定各种参数.2．1苯酚浓度测定:4-氨基安替比林分光光度法[2].2．2COD的测定:微波消解光度法测定[3].2．3苯酚降解过
5、程的中间产物分析:高效液相色谱法（HPLC）.三结果与讨论1．确定最佳反应条件以电解槽内pH值、进水苯酚浓度、电流密度和Na2SO4浓度为考察因素,以苯酚去除率为指标,按L9(34)正交表进行实验,从而确定最优因素水平组合,并判断各个因素对处理效果的影响情况.正交实验结果及数理分析见表Ⅰ.表Ⅰ正交实验序号ABCD去除率pH进水苯酚浓度Na2SO4浓度电流密度(mg/L)(g/L)(mA/cm2)133005110.99582350010190.94253370015260.95564730010260.930557500151
6、10.9841677005190.840671030015190.75448105005260.852791070010110.6338k10.96460.89350.89640.8712k20.91840.92640.83560.8458k30.74700.81000.89800.9129极差R0.2180.1160.0620.067因素主次A>B>D>C优方案A1B2C3D3由极差R值的大小可得知各因素对处理效果的影响程度由大到小依次为:pH值、进水苯酚浓度、电流密度、Na2SO4浓度.因此可以确定最佳实验条件:pH值为3
7、、进水苯酚浓度为500mg/L、电流密度为26mA/cm2、Na2SO4浓度为15g/L时效果最好.由于要考虑到经济合理,为进一步确定最优条件,所以又对主要的影响因素做单因素实验.2．影响因素的确定2．1pH值对苯酚去除率的影响实验结果如图Ⅰ所示.在整个实验过程中,随酸性的降低,苯酚去除率先升高后降低.在酸性条件下苯酚去除率较高,这可能是因为酸性条件抑止了析氧反应的发生,从而提高了有机物的去除率[4].但pH过低,酸性过强时,不利于电解,且阴极的不锈钢片直接会与酸发生反应而溶解.而在pH=3的时候,去除效果最好.所以本实验将p
8、H值控制在3为最佳.2．2进水苯酚浓度对苯酚去除率的影响在不同初始浓度下,苯酚的电催化降解效果如图Ⅱ所示.由图可看到,开始时随苯酚浓度的增高,其去除率也随之提高.当苯酚的设定浓度为500mg/L时,去除率最高.随后,去除率逐渐降低,这可能是因为随着苯酚浓度越来越高,反应过程中
