Ti/SnO2-RuO2电极对四种典型染料废水的电催化降解研究

摘要

随着现代工业的快速发展，染料被广泛应用于各行业中，然而，染料的生产和使用过程会伴随染料废水的产生。染料废水具有色度高、化学需氧量（COD） 高及生物毒性等特点， 对人类及生态环境造成危害。因此，对染料废水的有效处理成为研究热点。电催化氧化法因其降解效率高、工艺流程简单和能耗低等优点而受到广泛关注。该方法处理染料废水的效率与阳极材料的性质息息相关，因此，选择适宜的阳极材料尤为重要。 本论文采用热分解法制备了Ti/SnO2-RuO2电极和Ti/RuO2电极，对其进行了扫描电子显微镜、X-射线衍射、X-射线荧光光谱表征测试，并对其相关电化学性能进行了研究。通过对比， 以Ti/SnO2-RuO2电极为阳极， 探讨了该电极对四种典型染料（ 茜素黄、结晶紫、茜素绿和亚甲基蓝） 废水电催化降解的影响。主要内容如下： （1） 以所制备的电极为阳极， 茜素黄染料废水作为模拟废水， 在硫酸钠电解质中， 研究了pH、降解温度、电流密度和电解质浓度对茜素黄染料废水降解效率的影响。实验表明，在pH 7、降解温度为35℃、电流密度为8.0 mA·cm-2和电解质浓度为10.0 g·L-1的优化条件下， 降解率和COD去除率分别达82.8%和54.3%。动力学分析表明， 该降解过程符合准一级动力学规律。 （2） 研究了在氯化钠电解质中， 所制备电极对结晶紫模拟废水降解效率的影响。正交实验结果表明， 各因素对COD去除率的影响由大到小的顺序分别为： 电流密度、电解质浓度、pH和降解温度。单因素实验表明， 在电流密度2.5 mA·cm-2、电解质的浓度为2.5 g·L-1、pH 7和降解温度为25℃的优化条件下， 结晶紫染料废水的降解率和COD去除率分别达到了98.9%和85.3%。 （3） 以茜素绿染料废水为降解对象， 以所制备的电极为阳极， 研究了pH、电流密度、电极间距和降解温度对其降解效率的影响。实验表明， 在电流密度为3.0 mA·cm-2、降解温度为25℃、pH 5和电极间距为1.0 cm的条件下，降解40 min后，茜素绿染料废水的降解率和COD去除率分别为80.4%和51.2%。Ti/SnO2-RuO2电极电催化降解茜素黄染料废水过程符合准一级动力学规律。 （4） 以亚甲基蓝染料废水为模拟废水， 所制备的电极为阳极， 氯化钠为电解质， 研究了电流密度、pH、电解质浓度和降解温度对其降解效率的影响。结果表明，在优化条件下（pH 7、电流密度为4.0 mA·cm-2、电解质浓度为3.0 g·L-1和降解温度为25℃） ， 亚甲基蓝染料废水的降解率和COD去除率分别达到了92.6%和86.6%。动力学分析表明， 该降解过程符合准一级动力学规律。 本论文研究表明，Ti/SnO2-RuO2电极对四种典型染料废水具有良好的电催化降解效果， 在染料废水的处理中有很好的应用前景。

目录

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1　绪论

1.1　染料的分类

1.2　染料废水的处理意义

1.3　染料废水的处理现状

1.3.1　生物处理法

1.3.2　物理处理法

1.3.3　化学处理法

1.4　电化学处理技术

1.4.1　电凝聚法

1.4.2　电解气浮法

1.4.3　电芬顿法

1.4.4　电催化氧化法

1.5　电极材料的研究

1.5.1　非金属电极

1.5.2　贵金属电极

1.5.3　BDD电极

1.5.4　金属氧化物电极

1.6　Ti/SnO2-RuO2电极概述

1.7.1　本论文目的及意义

1.7.2　本论文研究内容

1.8　本论文创新点

2　实验药品、材料、仪器及分析测试方法

2.1　实验药品及材料

2.2　实验仪器

2.3.1　电极材料物理性能表征

2.3.2　电极材料电化学性能表征

2.3.3　电催化降解装置

2.3.4　染料废水的COD分析

2.3.5　染料废水的浓度分析

3　电极的制备及表征

3.1　电极的制备

3.1.1　钛片基底预处理

3.1.2　Ti/SnO2-RuO2电极活性层的制备

3.1.3　Ti/RuO2电极活性层的制备

3.2　电极的表征

3.2.1　电极的物理性能表征

3.2.2　电极的电化学性能表征

4　Ti/SnO2-RuO2电极降解茜素黄染料废水的性能研究

4.1　前言

4.2.1　AY染料废水的配制

4.2.2　实验流程

4.3.1　正交实验

4.3.2　pH对AY染料废水降解效果的影响

4.3.3　降解温度对AY染料废水降解效果的影响

4.3.4　电流密度对AY染料废水降解效果的影响

4.3.5　电解质浓度对AY染料废水降解效果的影响

4.3.6　优化条件下AY染料废水降解过程紫外光谱分析

4.4　动力学研究

4.4.1　不同pH动力学研究

4.4.2　不同降解温度动力学研究

4.4.3　不同电流密度动力学研究

4.4.4　不同电解质浓度动力学研究

4.5　本章小结

5　Ti/SnO2-RuO2电极降解结晶紫染料废水工艺参数的研究

5.1　前言

5.2.1　CV染料废水的配制

5.2.2　实验流程

5.3.1　正交实验

5.3.2　电流密度对CV染料废水去除效果的影响

5.3.3　电解质浓度对CV染料废水去除效果的影响

5.3.4　pH对CV染料废水去除效果的影响

5.3.5　降解温度对CV染料废水去除效果的影响

5.3.6　优化条件下CV染料废水降解过程紫外光谱分析

5.4　Ti/SnO2-RuO2电极电催化降解CV染料废水机理

5.5　本章小结