负载γ-MnO2颗粒对三维电极反应器降解罗丹明B废水的影响研究

作者:倪金
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染料废水经生化处理后的出水仍含有多种复杂污染物和有毒物质,色度超标。目前迫切需要一种能够有效降解染料废水的生物处理方法(深度处理)。通过文献综述和初步研究,可以看出电化学氧化技术是含苯环染料废水深度处理的有效方法之一。本研究首先比较了二维电极反应器和填充活性炭颗粒电极的三维电极反应器对罗丹明B废水的循环降解效果,然后在负载-MnO2的活性炭颗粒表面进行电沉积,以达到电催化强化三维电极反应器、提高污染物去除率和降低污染的目的,减少能源消耗。在电流强度300mA,进入O2,电沉积3h的最佳条件下,制备了负载-MnO2活性炭颗粒电极。其塔菲尔(Tafel)斜率(47.701.611v-1)低于其他对照组,表明其具有最快的电子转移动力学速率。同时,其电化学活性比表面积(ECSA)是纯活性炭颗粒电极的2.4倍。在装有负载-MnO2活性炭颗粒电极的三维电极反应器中,循环降解罗丹明B废水的最佳工艺条件为:电极板两端电压为5V,电解液NaCl浓度为1g/L,水力停留时间浓度为20min,罗丹明B出水去除率高达98.9%,达到了预期的效果与填充纯活性炭颗粒电极的三维电极反应器相比,二维电极反应器和TOC的反应器(89.3%)分别提高了17.1个百分点和53.0个百分点。平均能耗分别节约137.9kw-h/kgtoc和251.7kw-h/kgtoc。出水色度(4.0稀释倍数)和CODcr(56.8mg/L)均达到《印染废水排放标准》一级标准。通过对罗丹明B电化学反应中间体和降解途径的分析,以及各种化学和电化学性能测试,可以清楚地看出,负载-MnO2活性炭粒子电极的电催化机理主要包括两个方面:(1)羟基自由基(-OH),其中H2O在负载-MnO2活性炭颗粒阳被氧化以产生物理吸附状态,·OH与MnO2合并形成MnO2(-OH),同时将罗丹明B矿化为CO2和H2O,再次释放y-MnO2。(2) -MnO2(·OH)转化为y-mno3,罗丹明B被氧化形成中间产物,再释放到-MnO2。锰(6+/Mn4+)的氧化还原循环提高了活性炭颗粒电极的电催化活性。罗丹明B的降解过程是:·OH首先攻击其结构中杂环两侧的乙基,逐渐将乙基从其分子结构中移除,导致结构分解、杂环断裂并形成多种芳香酸。然后OH攻击苯环,打开苯环并将其降解。最后,经过一系列反应,它逐渐被矿化成CO2和H2O