三維電極法處理EDTA廢水的基礎(chǔ)研究.pdf

1、乙二胺四乙酸(Ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA)是一種多元酸人造有機(jī)化合物，對重金屬具有強(qiáng)烈的絡(luò)合能力，在化工、食品、電鍍等行業(yè)應(yīng)用廣泛。EDTA進(jìn)入環(huán)境后會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化程度升高，與重金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物使河流沉積物中的重金屬釋放出來，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。三維電極法具有傳質(zhì)速度快、電流效率高等優(yōu)點(diǎn)，是電化學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，但在有機(jī)廢水處理方面的應(yīng)用較少，開展三維電極法處理典型有機(jī)廢水的研究

2、是環(huán)境領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。
　　采用自制的三維電極反應(yīng)器處理EDTA模擬廢水，研究三維電極法生成羥基自由基的電化學(xué)過程，優(yōu)化三維電極法處理EDTA模擬廢水的工藝，基于電化學(xué)催化氧化技術(shù)闡明三維電極法降解EDTA模擬廢水的機(jī)理。主要研究成果如下:
　　(1)提出并揭示了三維電極法生成羥基自由基的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，確定了控制步驟，為EDTA的高效降解創(chuàng)造了有利條件。證明了·OH自由基是三維電極法降解有機(jī)物過程中產(chǎn)生的重要活性物

3、種?；陔娀瘜W(xué)測試技術(shù)，研究了硫酸鈉體系活性炭陽極上·OH自由基生成的電化學(xué)反應(yīng)歷程和控制步驟。通過計(jì)算確定·OH自由基吸附引起的弛豫時(shí)間常數(shù)為6.24×10-2s，是雙電層充電所引起時(shí)間常數(shù)的104倍，吸附引起的等效電阻是電荷轉(zhuǎn)移電阻的6倍，表明·OH自由基以較強(qiáng)的化學(xué)鍵吸附在活性炭電極上，不易發(fā)生析氧反應(yīng)。
　　(2)研究確定了EDTA在活性炭上的吸附行為，發(fā)現(xiàn)EDTA在活性炭上的吸附不具有催化活性，而是氫鍵吸附，建立了EDT

4、A在活性炭上的氫鍵吸附模型?；钚蕴苛Ｗ与姌O對EDTA的吸附動(dòng)力學(xué)研究表明吸附過程分為兩個(gè)階段:在初始階段，濃度梯度是吸附推動(dòng)力，吸附劑表面存在較多的活性吸附位點(diǎn)，吸附速度較快;隨著反應(yīng)的進(jìn)行，伴隨有化學(xué)吸附的發(fā)生，活性位點(diǎn)被逐漸占據(jù)，吸附速率逐漸下降，反應(yīng)逐漸達(dá)到平衡。不同濃度和不同溫度下EDTA在活性炭上的吸附過程均符合偽二級動(dòng)力學(xué)方程。Freundlich方程更適于描述不同溫度下EDTA在活性炭粒子電極上的吸附過程，吉布斯自由能的變

5、化表明吸附是自發(fā)進(jìn)行的，隨溫度升高吸附能力逐漸增大。吸附熱表明EDTA在活性炭上的吸附主要是氫鍵力和配位基交換力為主導(dǎo)。紅外光譜分析表明EDTA通過氫鍵締合吸附在活性炭上，鍵能較弱，容易被降解。
　　(3)優(yōu)化了三維電極法處理EDTA模擬廢水的工藝參數(shù)，闡明了活性炭粒子電極失活的原因和原位再生機(jī)理。在進(jìn)水速度200mL/min、電導(dǎo)率為2.0mS/cm、電流強(qiáng)度為200mA、pH值為6、反應(yīng)溫度為25℃的情況下電解60min，ED

6、TA的降解率在95％以上。探明了溶液中HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-等陰離子存在時(shí)會(huì)與·OH自由基反應(yīng)，影響其對有機(jī)物的降解，HCO3-對EDTA降解過程影響最大，SO42-的影響最小，HCO3-濃度為5mM時(shí)，EDTA降解的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)下降33.45％?；钚蕴苛Ｗ与姌O因吸附EDTA產(chǎn)生非催化活性締合物并占據(jù)活性點(diǎn)而失活，電化學(xué)原位催化降解使活性位點(diǎn)再次產(chǎn)生空穴，恢復(fù)炭粒子電極活性，為EDTA廢水三維電極處理工藝提供支撐

7、。
　　(4)基于電化學(xué)測試技術(shù)闡明了三維電極法降解EDTA的電化學(xué)催化作用機(jī)理。EDTA體系活性炭陽極極化曲線上·OH自由基生成反應(yīng)的極限峰電流是硫酸鈉體系的10倍以上，說明EDTA存在時(shí)，活性炭陽極上發(fā)生了催化反應(yīng)。雙電勢階躍實(shí)驗(yàn)表明·OH自由基生成后吸附在活性炭陽極的表面，在發(fā)生析氧反應(yīng)前與溶液中的有機(jī)物發(fā)生了催化反應(yīng)。單電勢階躍實(shí)驗(yàn)證明EDTA在活性炭陽極上不發(fā)生直接電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，而是基于催化反應(yīng)機(jī)理在0.70V到1.50