光電協(xié)同降解蘭炭廢水研究

1、光電協(xié)同降解蘭炭廢水研究光電協(xié)同降解蘭炭廢水研究侯治威1，周軍123，吳雷1，張秋利123，宋永輝123，田宇紅12(1.西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院，西安710055；2.陜西省黃金與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710055；3.陜西省冶金工程技術(shù)研究中心，西安710055)摘要：摘要：采用光催化與電化學(xué)氧化相結(jié)合技術(shù)對(duì)蘭炭廢水進(jìn)行降解試驗(yàn)。用石墨片和活性炭顆粒為三維電極材料，外加紫外光燈條件下分別考察外加電壓、活性炭顆粒投加量、電解質(zhì)濃度和

2、二氧化鈦光催化劑（P25）投加量等對(duì)純苯酚溶液中苯酚和COD去除率的影響。結(jié)果表明，當(dāng)外加電壓10V、活性炭顆粒投加量8g、電解質(zhì)濃度0.15molL、P25投加量0.6g時(shí)，1000mgL的苯酚溶液中3h時(shí)苯酚和COD的去除率分別達(dá)到81.11%和73.64%；以此工藝條件，對(duì)某蘭炭企業(yè)產(chǎn)生的蘭炭廢水（COD32700mgL）進(jìn)行降解試驗(yàn)，COD去除率為60.63%。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：光電協(xié)同；降解；苯酚；蘭炭廢水中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)

3、：X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：文章編號(hào)：10077545（2018）12000000StudyonSynergeticPhotoelectrocatalyticDegradationofSemicokingWastewaterHOUZhiwei1ZHOUJun123WULei1ZHANGQiuli123SONGYonghui12TIANYuhong123（1.SchoolofMetallurgicalEngineerin

4、gXi’anUniversityofArchitectureTechnologyXi’an710055China2.KeyLabatyofGoldResourcesofShaanxiProvinceXi’an710055China3.ResearchCentreofMetallurgicalEngineeringdegradationphenolsemicokingwastewater金屬鎂由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性能，正在成為繼鋼鐵、鋁及

5、其鋁合金之后的第三大金屬工程材料，據(jù)預(yù)測(cè)，2020年、2025年和2030年，全球原鎂需求量將分別達(dá)到150.4萬(wàn)t、233.8萬(wàn)t和303.0萬(wàn)t[1]。作為全球原鎂供應(yīng)第一大國(guó)，中國(guó)原鎂主產(chǎn)區(qū)在陜北地區(qū)，冶煉金屬鎂主要采用皮江法[2]，依托當(dāng)?shù)刎S富的煤資源，將蘭炭生產(chǎn)與金屬鎂生產(chǎn)規(guī)?；?lián)產(chǎn)（即蘭炭做還原劑生產(chǎn)硅鐵，蘭炭爐尾氣鍛燒白云石，產(chǎn)物與硅鐵粉和輔料按一定比例混合、制球，送入還原爐，再用蘭炭爐尾氣加熱真空還原金屬鎂，經(jīng)精煉、鑄錠

6、等工序制得金屬鎂錠），降低生產(chǎn)成本。蘭炭生產(chǎn)過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生大量蘭炭廢水，其具有成分復(fù)雜、污染濃度高、色度高、毒性大、可生化能力差等特點(diǎn)，直接排放會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響[34]。傳統(tǒng)的生物處理法對(duì)該廢水處理起來(lái)較為困難[5]，電化學(xué)氧化技術(shù)[6]對(duì)難降解污染物有較好的處理效果，在水處理中得到廣泛的應(yīng)用[78]。三維電極處理技術(shù)作為電化學(xué)氧化技術(shù)的一種，具有傳質(zhì)效率高、比表面積大、導(dǎo)電性能好、環(huán)境污染小等特點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注[91

7、0]。TiO2作為光催化材料，具有化學(xué)穩(wěn)定性、耐光腐蝕性和無(wú)毒性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到各種光催化降解中[1112]?；谔m炭廢水成分特點(diǎn)，本文結(jié)合光催化和電化學(xué)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以紫外光燈為光源，組成光電協(xié)同處理體系進(jìn)行蘭炭廢水降解試驗(yàn)研究。1試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法1.1儀器與試劑儀器與試劑收稿日期收稿日期：20180813基金名稱基金名稱：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助（51774227）；國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目（51504180）；陜西省自

8、然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2017ZDJC33）；陜西省教育廳重點(diǎn)科研計(jì)劃項(xiàng)目（16JS052）doi：10.3969j.issn.10077545.2018.12.012由試驗(yàn)結(jié)果分析較優(yōu)降解電壓為10V。46810121430405060708090去除率%外加電壓V苯酚COD圖2外加電壓對(duì)去除率的影響外加電壓對(duì)去除率的影響Fig.2Effectofimpressedvoltageonremovalrates2.1.2活性

9、炭投加量的影響活性炭投加量的影響試驗(yàn)條件：苯酚模擬溶液150mL、外加電壓10V、電解質(zhì)Na2SO4濃度0.15molL、P25添加量0.6g，改變活性炭投加量分別進(jìn)行降解試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可看出，光電協(xié)同處理過(guò)程中活性炭顆粒投加量對(duì)苯酚和COD的去除率有較大的影響。當(dāng)投加量為8g時(shí)，溶液中苯酚和COD的去除率達(dá)到最高，分別為81.11%、73.64%。當(dāng)活性炭投加量不足8g時(shí)，溶液中苯酚和COD的去除率隨著活性炭投加量的增加而增

10、大；當(dāng)活性炭投加量為10g時(shí)，觀察到反應(yīng)器中活性炭有堆積現(xiàn)象，相比較投加量為8g時(shí)，苯酚和COD的去除率有所減小。這主要是因?yàn)?，投加的活性炭作為顆粒電極參與電催化反應(yīng)，當(dāng)活性炭投加量不足8g時(shí)，活性炭投加量的增加，意味著顆粒電極個(gè)數(shù)增加，在反應(yīng)過(guò)程中能降解更多的有機(jī)污染物。當(dāng)活性炭投加量為10g時(shí)，活性炭顆粒在主電極間相互接觸、堆積，導(dǎo)致短路電流的產(chǎn)生，反而降低了污染物的去除率。因此，活性炭顆粒投加量選8g。24681012405060

11、708090去除率%活性炭投加量g苯酚COD圖3活性炭投加量對(duì)去除率的影響活性炭投加量對(duì)去除率的影響Fig.3Effectofdosageofactivatedcarbononremovalrates2.1.3電解質(zhì)濃度的影響電解質(zhì)濃度的影響試驗(yàn)條件：苯酚模擬溶液150mL、外加電壓10V、活性炭顆粒投加量8g、P25添加量0.6g，不同初始電解質(zhì)濃度時(shí)的降解試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。隨著初始電解質(zhì)濃度增加，模擬苯酚溶液中苯酚和COD的去除率呈先

12、增大后減小趨勢(shì)。當(dāng)電解質(zhì)濃度增大到0.15molL后，繼續(xù)增加電解質(zhì)濃度，溶液中苯酚和COD的去除率反而開(kāi)始減小，這是因?yàn)椋瑥?qiáng)電解質(zhì)Na2SO4在溶液中電離產(chǎn)生的導(dǎo)電離子增強(qiáng)了溶液的導(dǎo)電性，溶液的導(dǎo)電性越強(qiáng)越有利于溶液中OH等氧化物質(zhì)遷移，污染物去除率越高。由于活性炭無(wú)選擇吸附性的特點(diǎn)，活性炭會(huì)同時(shí)吸附Na2SO4和污染物，而電解質(zhì)濃度過(guò)大，吸附競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制增強(qiáng)，污染物會(huì)較少地吸附在活性炭表面，降低了去除率。同時(shí)，活性炭與TiO2顆粒之間產(chǎn)