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非均相电芬顿法处理制药废水的研究
田江南
学位类型硕士
导师邢建民
2017-07
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
学位专业生物化工
关键词电芬顿 阴极 阳极 非均相催化剂 制药废水
摘要

制药废水具有可生化性差、体量大和有机物浓度高等特点,传统的水处理技术不能有效地将其中的难降解有机物去除。近年来,非均相电芬顿技术由于具有氧化能力强、无选择性氧化和处理效率高等特点,受到了广泛关注。本论文以非均相电芬顿技术为基础,首先以罗丹明B(RhB)溶液为模拟废水,从阴极、阳极和非均相催化剂三个角度展开研究。最后利用自制的非均相电芬顿体系降解真实的制药废水,并利用响应面法对实验条件进行优化。旨在提升非均相电芬顿体系的处理效率,帮助企业实现“零排放”的目标。具体摘要如下:为了制备电芬顿体系的阴极,比较了三种阴极材料:石墨毡(GF)、石墨片(graphite sheet)和热解石墨片(pyrolytic graphite sheet)的电化学性能和降解性能,确定石墨毡为最优的阴极材料。分别用烧结法和电沉积法对石墨毡进行修饰,通过降解RhB模拟废水和进行电化学测试实验,本论文认为聚四氟乙烯-碳黑烧结法(PTFE-CB)制备的阴极具有最优良的降解性能和电催化性能。然后利用SEM、BET和接触角等方式对PTFE-CB的表面特性进行了表征,对PTFE-CB的连续运行稳定性进行了考察。最后,通过GC-MS分析RhB模拟废水降解的中间产物提出了一条分解路线图。 为了提升阳极的性能,并降低其成本。制备了钛基二氧化铅阳极(PbO2-Ti)和钛基锡锑氧化物阳极(SnO2/Sb-Ti),并对非均相电化学体系的工艺条件进行了研究。通过线性扫描伏安曲线(LSV)、循环伏安曲线(CV)、塔菲尔曲线(Tafel)和交流阻抗图谱(EIS)对几种阳极(PbO2-Ti、SnO2/Sb-Ti、Pt和Ti)的分析可知PbO2-Ti具有最高的导电性和电催化活性。通过表面形貌分析测试发现PbO2-Ti具有较平整的表面。接着利用PbO2-Ti对电解质类型、电流密度进行了研究,最后通过加速寿命实验证明PbO2-Ti具有良好的稳定性(实际寿命约4000 h)。 为了制备合适的非均相电芬顿催化剂,首先选用Fe-C、零价铁、海绵铁、黄铁矿、钒钛磁铁矿和磁铁矿作为非均相电芬顿催化剂来降解20 mg/L的RhB溶液,发现Fe-C、零价铁和海绵铁三种催化剂具有比较好的催化效果。随后利用XRD、EDX和SEM对三种催化剂的物相、表面元素和形貌进行了研究,结果表明三种催化剂的主要构成为Fe,并含有少量其他元素。分析三种催化剂对RhB溶液降解过程中的铁浸出量可得,海绵铁具有最好的稳定性。然后为了进一步提升海绵铁的稳定性,在其表面修饰了PTFE。这种方式可对铁起到缓释的作用,同时也提高了RhB处理效率。最后对工艺条件进行了优化并证明了修饰后的海绵铁具有较高的稳定性。 为了验证自制的非均相电芬顿体系对真实制药废水的处理效果,采用自制的非均相电芬顿体系对华北制药公司的制药废水进行处理。首先应用正交试验和响应面分析法对催化剂量、电流密度、pH和降解时间进行了优化,并提出了COD的去除率与各项参数之间的二次多项式回归模型。各因素对COD去除率的影响由大到小的顺序为时间>电流密度>催化剂量>pH。在电流密度50 A/m2,催化剂量0.5 g/L,pH为中性的条件下处理100 min,制药废水的COD的去除率可达到80%以上。建立了电芬顿处理制药废水的关于COD去除率的一级反应动力学方程,结果表明制药废水COD的去除率基本符合一级反应动力学特征。通过GC-MS分析处理前后制药废水中有机物含量可知,经过非均相电芬顿的降解,大部分有机物可去除。

语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/24295
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
田江南. 非均相电芬顿法处理制药废水的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2017.
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