电化学电解—TiO2光催化处理工业循环冷却水的研究

摘要

工业循环冷却水在循环系统中不断浓缩，导致水体富营养化，引起系统的结垢、腐蚀、微生物黏泥三大严重问题，将降低冷却水系统的换热效率和使用寿命，因此，亟需采用高效的水处理法解决冷却水系统的三大严重问题。光催化水处理法和电化学水处理法，水处理条件温和、能耗低、无二次污染，且高效，因此受到广泛关注和研究。本文重点研究电化学法对循环冷却水处理的综合性能，并首次将光催化法与电化学法进行联合，简称“光/电法”，研究光/电法对循环冷却水中氨氮的降解效果。
　　首先，设计一种电解水处理设备，分别选用不锈钢板和表面有钌铱涂层的钛板作为电解阴极和阳极。采用电化学法去除冷却水中的钙离子、降解COD、杀菌，并研究阴极表面垢的自清洗办法。另外，对水处理影响因素进行研究和优化，如电流密度、水处理时间、NaCl浓度。结果表明:电化学法能够有效去除冷却水中的Ca2+，降解COD和杀菌，具有良好的综合水处理性能;采用“切换电极，反向通电”的方式可清除阴极表面垢，恢复电极性能;当电流密度为10.7 mA/cm2时，经15min电解处理后，循环冷却水中的杀菌率达到99.99％，Ca2+去除率为52.6％，COD降解率为50.8％。
　　其次，采用光/电法降解循环冷却水中的氨氮。研究光催化法与电化学法在水处理过程中的协同作用。监测电流密度、pH值、氯离子浓度等对氨氮降解效果的影响。结果表明:光/电法在氨氮降解过程中存在协同作用，其氨氮去除率在光催化法和电化学法的基础上有大幅提升;水处理过程产生的强氧化活性中间产物HClO，ClO-是光/电协同作用的主导因素;酸性条件和较大的电流密度能够提高光/电法的氨氮去除率，当pH值为5，电流密度为10 mA/cm2时，经90min处理后，氨氮去除率达到95％，N2占总氨氮降解产物的84.2％。
　　最后，研究光/电法对刚果红和高氨氮浓度的垃圾渗滤液的降解效果。结果表明:光/电法对刚果红的降解效果明显，电流密度为10 mA/cm2，经25min光电处理后，刚果红含量由30 mg/L下降到了0.5 mg/L。另外，延长水处理时间、增大电流密度可以提高光/电法对高浓度氨氮的降解率。当电流密度为36mA/cm2，水处理时间为240min时，氨氮含量由初始浓度489mg/L降低到11mg/L，去除率高达97.8％。结果表明，光/电法具有良好的水处理性能，高效、环保、实用性强，值得研究推广。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 常用水处理技术

1．3 电化学电解技术和TiO2光催化技术简介

1．3．1 电化学电解水处理原理

1．3．2 电化学电解水处理技术的应用

1．3．3 光催化原理

1．3．4 光催化技术的应用

1．4 本论文的选题、实验设计及创新点

第二章 实验材料与研究方法

2．1 实验试剂及常用设备

2．1．1 实验所用化学试剂

2．1．2 常用仪器设备

2．2 光催化材料和电极材料

2．2．1 纳米TiO2光催化材料

2．2．2 电极材料

2．3 实验方法

2．3．1 模拟循环冷却水的制备

2．3．2 大肠杆菌的培养

2．3．3 检测方法

2．4 实验装置

第三章 电化学法电解循环冷却水处理研究

3．1 引言

3．2 电解电流密度的计算方法

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 电解法对循环冷却水处理的综合性能

3．3．2 电解除垢性能

3．3．3 电流密度、钙离子初始浓度对电解除垢的影响

3．3．4 电解法对循环冷却水中细菌的杀灭效果

3．3．5 阴极表面垢的清洗

3．4 本章小结

第四章 光／电法降解循环冷却水中的氨氮

4．1 引言

4．2 光／电法氨氮降解过程中的协同作用

4．3 光／电法氨氮降解机理

4．3．1 氯离子对光／电法氨氮降解的影响

4．3．2 pH对光／电法氨氮降解的影响

4．3．3 电流密度对光／电法氨氮降解的影响

4．4 光／电法氨氮降解的主产物

4．5 光／电法对循环冷却水中细菌繁殖的抑制作用

4．6 本章小结

第五章 光／电法对刚果红和垃圾渗滤液降解的应用研究

5．1 引言

5．2 光／电法处理刚果红溶液

5．3 光／电法处理高氨氮浓度的垃圾渗滤液

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文和专利

声明

致谢