铝炭微电解处理刚果红废水的效果及脱色机理研究
摘要：采用铝炭微电解法处理刚果红废水,通过批式实验和正交试验考察了主要因素对刚果红脱色及COD去除效果的影响,并采用紫外扫描、离子色谱及LC-MS分析了脱色产物.结果表明,在铝粉投加量为8~24g·L-1范围内,刚果红脱色率及COD去除率均随铝粉投加量的增加而提高,合适的铝粉投加量为16~24g·L-1;刚果红脱色率和COD去除率随着铝炭质量比的减小呈现先增加后降低的趋势,适宜的铝炭质量比为1:3~1:1;初始pH对处理效果影响最大,在pH为10~12.5时,刚果红脱色率及COD去除率随着pH升高而急剧增加;在溶解氧为1.25~7.59mg·L-1的范围内,刚果红脱色率及COD去除率随着溶解氧的升高而降低.最佳条件(铝粉投加量24g·L-1、铝炭质量比1:2、pH=12、反应时间90min)下,刚果红脱色率及COD去除率分别为90.4%和78.6%.刚果红脱色历程为:刚果红分子中的N＝N双键在新生态[H]的攻击下断裂,生成3,4-二氨基萘-1-磺酸盐和4-氨基3-((4'-氨基-[1,1'-联苯]-4-基)偶氮基)萘-1磺酸盐;后者在[H]的进一步作用下,发生N＝N双键的断裂,转化为3,4-二氨基萘-1-磺酸盐和联苯胺,萘环开环和C-S键断键,分别生成4-氨基-3-((4'-氨基-[1,1'-联苯]-4-基)偶氮基)-1-磺酸盐和2-((4'-氨基-[1,1'-联苯]-4-基)偶氮基)-1-萘胺.研究表明,铝炭微电解法不能将刚果红完全矿化.
关键词：铝炭微电解，刚果红，脱色
印染废水具有色度高、COD高、BOD低、生物毒性强等特点.据统计,全球每年大约要生产70×104t的染料,约有10%~20%的染料在生产和使用过程中被释放到水体中,造成严重的污染,而其中50%~70%是偶氮染料.研究发现,大多数偶氮染料及其降解产物具有高致癌性,而刚果红是第一个人工合成的典型的双偶氮染料,被广泛应用于纺织、造纸和印染等工业.
微电解是一种基于微电池的电化学反应原理,通过氧化还原、混凝、吸附、共沉淀和微电场附集等作用消减废水中污染物的处理技术.微电解过程产生的新生态[H]具有很强的化学活性,能使废水中有机物的发色基团和助色基团破裂而脱色,也能使大分子有机物分解为小分子有机物,提高废水的可生化性.至今,研究及应用最多的是铁炭微电解.然而,铁炭微电解法处理废水需在酸性条件下才能进行.对于强碱性废水(如印染废水),采用铁炭微电解法处理需要调节pH,成本高昂.
为此,本研究通过构建铝炭微电解体系,处理含偶氮染料刚果红废水,重点考察初始pH、铝粉投加量、铝炭质量比及溶解氧等对刚果红脱色与COD去除效果的影响,以阐明铝炭微电解对刚果红脱色和COD去除的主要作用.同时,通过正交实验确定铝炭微电解处理刚果红废水的最佳工艺条件,并采用紫外扫描、离子色谱及LC-MS测定铝炭微电解处理刚果红废水的产物,分析刚果红的脱色历程.以期为铝炭微电解处理强碱性印染废水技术提供基础依据.
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