凹凸棒土/铁复合材料电极的制备及在酯类废水处理中的应用研究

摘要

本论文以胶体表面化学及电化学为基础，采用电化学法对乳液有机废水进行处理。利用改性后的凹凸棒土所制备的复合材料电极处理了含邻苯二甲酸酯(PAEs)类污染物的有机废水。研究结果表明，该电极与传统铁电极及铝电极相比较具有价格更低廉、污水处理效率更高、能耗更低等优点。本论文为凹凸棒土高附加值、高档次类型产品的开发和研制提供了新思路，并成功制备了可以更加快速、高效处理含有机污染物废水的新型电极，为此类废水处理提供了新技术、新途径。
　　1.凹凸棒土的改性及性质测定与分析
　　以天然矿石-凹凸棒土为原材料，利用盐酸及十六烷基三甲基氯化铵（CTAC，下同）对其进行联合改性，并以凹凸棒土对于亚甲基蓝的吸附情况来对改性效果进行考察。最终实验结果表明，通过0.50-0.80mol·L-1的盐酸以及CTAC联合改性后的凹凸棒土在未改变本身空间结构的情况下吸附性能得到了很大程度的提升。
　　2.改性凹凸棒土/铁复合材料电极的制备及性能探究
　　以改性后的凹凸棒土和铁粉为主要原材料，利用环氧树脂作为交联剂成功制得凹凸棒土/铁复合材料电极。实验分别研究探讨了凹凸棒土的使用量以及交联剂的加入量对凹凸棒土/铁复合材料电极的性能所带来的影响，同时实验也通过不同的处理方法对凹凸棒土/铁复合材料电极进行了预处理。经实验分析得到，电极在通过70℃热水恒温浸泡与超声协同作用20min后，已基本可以将凹凸棒土/铁复合材料电极中未反应的环氧树脂除去，从而确保所制得的凹凸棒土/铁复合材料电极在污水处理过程中不给环境带来二次污染。另外，通过对凹凸棒土/铁复合材料电极的峰电流以及富集时间的测定，确定了凹凸棒土/铁复合材料电极比普通石墨电极和铁电极具有更加优良的电化学污水处理性能。
　　3.凹凸棒土/铁复合材料电极在酯类废水处理中的应用研究
　　以制得的凹凸棒土/铁复合材料电极作为电解阳极并将其应用到电化学污水处理技术中，成功处理了含有邻苯二甲酸二丁酯（DBP，下同）的有机废水。通过实验考察对比了传统电化学污水处理法与脉冲电化学污水处理法的优劣性，另外还分别探讨分析了电极种类、电流密度、占空比、电极间距离以及不同pH值和初始DBP浓度对于污水处理效果的影响。结果表明脉冲电化学污水处理技术相较于传统电化学污水处理技术具有更好的处理效果和更低的耗能。同时，凹凸棒土/铁复合材料电极相较于传统铁电极或铝电极在废水的处理过程中其处理效果更好且所需要的电能更低。通过实验数据分析可以得到当以凹凸棒土/铁复合材料电极作电解阳极、电流密度为20mA·cm2、占空比为0.6、电极间距离为10mm时利用脉冲电化学法处理含DBP废水80min后，废水中DBP除去率可达到85％左右，COD的除去率可达到95％左右。当废水偏酸性或者偏碱性时都会影响废水的处理效果，但是只要在相同的处理条件下给予更长的处理时间最终得到的处理结果是相似的。

目录

摘要

第一章 序言

1．1 邻苯二甲酸酯类化合物及其危害

1．2 含邻苯二甲酸酯类化合物废水的处理现状

1．3 电化学污水处理技术概述

1．4 电化学污水处理技术电极材料研究进展

1．5 凹凸棒土

1．6 凹凸棒土在各个领域中的应用

1．7 研究内容与意义

参考文献

第二章 凹凸棒土的改性及性质测定与分析

2．1 引言

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 酸及CTAC联合改性凹凸棒土

2．3．2 傅里叶红外光谱测定

2．3．6 亚甲基蓝吸附量测定

2．4 结果与讨论

2．4．1 酸改性凹凸棒土傅里叶红外光谱分析

2．4．2 酸改性凹凸棒土的X射线衍射分析

2．4．3 酸改性凹凸棒土对亚甲基蓝吸附量测定分析

2．4．4 酸改性凹凸棒土比表面积及孔径分析

2．4．5 凹凸棒土形貌分析

2．4．6 酸及CTAC联合改性凹凸棒土傅里叶红外光谱分析

2．4．7 及CTAC联合改性凹凸棒土的X射线衍射分析

2．4．8 酸及CTAC联合改性凹凸棒土对亚甲基蓝吸附量测定分析

2．5 结论

参考文献

第三章 凹凸棒土／铁复合材料电极的制备及性能研究

3．1 引言

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 实验方法

3．3．1 凹凸棒土／铁复合材料电极的制备

3．3．2 峰电流的测定

3．3．3 电阻值的测定

3．3．4 富集时间测定

3．3．5 电极性质测定

3．3．6 电极成本计算

3．4 结果与讨论

3．4．1 凹凸棒土用量对峰电流的影响及分析

3．4．2 环氧树脂用量对电阻值的影响及分析

3．4．3 凹凸棒土／铁复合材料电极外观形貌

3．4．4 凹凸棒土／铁复合材料电极不同预处理结果及分析

3．4．5 富集时间对峰电流的影响及分析

3．4．6 不同材料电极峰电流分析

3．4．7 复合材料电极稳定性分析

3．4．8 凹凸棒土／铁复合材料电极成本计算

3．5 结论

参考文献

第四章 凹凸棒土／铁复合材料电极在酯类废水处理中的应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验装置

4．3 实验方法

4．3．1 DBP模拟废水的配置

4．3．2 DBP标准曲线的测定

4．3．3 电解实验步骤

4．3．4 DBP除去率的计算

4．3．5 废水COD除去率的测定

4．4 结果与讨论

4．4．1 脉冲电化学法与传统电化学法的对比及选择分析

4．4．2 不同材料电极的对比及选择分析

4．4．3 不同占空比的对比及选择分析

4．4．4 不同电极间距离的对比及选择分析

4．4．5 初始pH值对处理效果的影响

4．4．6 初始浓度对处理效果的影响

4．4．7 电解过程TOC变化及规律

4．4．8 DBP除去机理的探讨

4．4．9 实际企业废水处理效果分析

4．5 结论

参考文献

第五章 结论

硕士期间发表的论文

致谢

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