石墨阳极氧化染料废水的应用

石墨阳极氧化染料废水的应用

吴淑娟

广州市佳境水处理技术工程有限公司

摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，以石墨碳毡（GF）为阳极，采用阳极氧化法对模拟染料废水———亚甲基蓝（MB）、结晶紫（CV）和罗丹明B（RHB）进行降解，分别考察外加电压、初始ｐＨ、染料初始质量浓度与电解质类型对染料降解效果的影响，采用扫描电子显微镜（SEM）和Ｘ线光电子能谱（XPS）对石墨碳毡的表面形貌与官能团进行分析。结果表明：石墨碳毡是由碳微丝交织而成的三维材料，存在含氧官能团和不饱和键，对有机染料具有较好的去除效果；常温常压下，外加电压为1.4V、初始ph为6，染料的初始质量浓度为25mg/l，电解质为Na2SO4时，染料的降解效果最优。石墨碳毡可以在较大的质量浓度范围与较宽泛的PH条件下阳极氧化降解染料，电压越高，染料的降解效果越好，但过高的电压将导致碳腐蚀。

关键词：石墨碳毡；阳极氧化；染料去除；废水处理；不饱和官能团

1印染废水的危害

几十年来，由于科技工业的发展，纺织品、皮革、纸张，塑料等行业利用染料使其产品着色并在纤维上浆、漂洗、染色等工序中都消耗了大量的水资源，随之而来的问题是产生了大量的有色废水。据估计，大约有着色剂总产量的15%在合成和加工的过程中损失掉，而废水中这种损失的主要来源被发现是因为着色效率低导致着色剂没有被完全耗尽。除此之外，据统计，全球着色剂产量的一半以上是纺织染料。印染废水的主要特点是顽固性，这归根于废水中染料、表面活性剂和上浆剂的存在与其高盐度、高温和范围大的pH。尽管废水中的染料浓度低于其他化学品，但由于它们色彩强烈，即使在浓度非常低(10mg/L)的情况下也是极其明显的存在，除了造成严重的美学问题之外，水体的透明度和气体溶解度也受到了一定程度的影响。这干扰了水中细菌和植物的生长，继而引发了受纳水体的生态紊乱。此外，印染废水还具有生物难降解性与毒性，这致使印染废水的排放成为环境危害。不仅如此，染料对人类健康以及鱼类与其他生物体的影响也不容忽视。事实上，目前研究己发现，除了食物中潜在的生物聚积之外，印染废水中的一些染料、染料的前驱体、重金属、氯化物以及它们的生物转化产物如芳香胺具有毒性、诱变性与致癌性。这些物质分散且过度地暴露在有色废水中，致使人类遭受免疫系统(呼吸系统、循环系统与中枢神经系统)的抑制并引发一系列神经性行为失调症状，如过敏、呕吐、过度通气、失眠、严重腹泻、失眠、黄疽、组织坏死、四肢瘫痪、皮肤感染、自身免疫性疾病、多发性骨髓瘤和白血病。

2石墨阳极氧化染料废水的应用

2.1外加电压对石墨碳毡阳极氧化降解染料的影响

在电化学反应过程中，外加电压是反应的动力源，直接影响染料的脱色效果。（a-c）可知，电压为1.0～2.0V时，外加电压越高，染料的脱色越快。在亚甲基蓝的降解过程中，电压为2.0V时，降解12.0h后，脱色率达到99%；电压为1.4、1.7V时，降解24.0h后，脱色率分别达到97%和98%；电压为1.0V时，降解36.0h后，脱色率达到91%。降解36.0h后，电压为1.0、1.4、1.7、2.0V时的COD去除率分别为33%、65%、75%、89%。在结晶紫的降解过程中，电压为1.7、2.0v时，降解12.0h后，脱色率分别达到97%和99%；电压为1.4V时，降解24.0h后，脱色率达到99%；电压为1.0V时，降解36.0h后，脱色率达到95%。降解24.0h后，结晶紫在电压为1.0、1.4、1.7、2.0V时的COD去除率为46%、56%、64%、81%。与亚甲基蓝和结晶紫相比，相同电压下罗丹明Ｂ更易发生脱色，说明染料分子的发色基团更容易被石墨碳毡阳极氧化而破坏。在电压为1.0、1.4、1.7、2.0V时，脱色率达到99%所用时间分别为10.0、7.0、3.0、2.5h。降解10.0h后，各电压下罗丹明B的COD去除率分别为23%、34%、47%、52%。

2.2电化学高级氧化技术

电化学高级氧化技术(EAOPs)是通过电极上的氧化反应去除污水中的有机污染物的高级氧化技术。通常，电化学过程涉及阳极的氧化反应和阴极的还原反应。电化学氧化的基本思想是利用在阳极(如污染物的氧化)和阴极(重金属的还原)中发生的氧化还原反应去除污染物[fool。电化学氧化目前可应用于降解酚类化合物、全氟有机物、氯代有机物、与垃圾渗滤液和工业废水等。由于电子是一种清洁试剂，电化学氧化法具有高效易于自动化且所需的设备简单易于处理等优点，这使其成为目前最受关注的处理废水污染物的技术。电化学氧化主要包括阳极氧化(AO)、电芬顿(EF)、光电芬顿((PEF)以及声电芬顿(SE)O11。据统计，过去几年期间，专门用于出版EAOPs的刊物中，关于AO的比重超过50%，其次是EF和PEF，只有极少数研究是关于SE的。

2.3超声波辅助氧气一阳极协同氧化体系降解染料

在染料的初始降解阶段，即对于亚甲基蓝、结晶紫的前两个小时，罗丹明B的第一个小时，单纯超声处理和单纯阳极氧化所能处理的总物质的量的和，低于在超声处理和阳极氧化复合系统中处理污染物的浓度，例如在处理亚甲基蓝模拟废水时2小时的单纯超声处理脱色率为27.3%，单纯阳极氧化为30.8%，其和为59.1%，而在超声处理和阳极氧化复合系统中，脱色率为63.8%；在处理结晶紫模拟废水时2小时的单纯超声处理脱色率为27.1%，单纯阳极氧化为31.4%，其和为59.1%，而在超声处理和阳极氧化复合系统中，脱色率为73.9%；在处理罗丹明B模拟废水时1小时的单纯超声处理脱色率为16.3%，单纯阳极氧化为49.2%，其和为59.1%，而在超声处理和阳极氧化复合系统中，脱色率为68.6%。由此可见在复合体系中可能存在协同作用，可能是因为在超声辅助过程中，超声波不仅在对污染物的直接破坏中起作用，而且增强了污染物分子的移动速度，增强其传质，对增加污染物与电极表面的接触概率有着一定的贡献，让污染物能够占据更多的活性位点，使得污染物在阳极表面更容易进行氧化反应，使阳极能够比在无超声辅助的情况下对污染物的降解起到更大的作用。

结语

(1)石墨碳毡作为阳极材料可以有效地降解不同结构的染料。随电压从1.0V升至2.0V，亚甲基蓝、结晶紫、罗丹明B3种染料的脱色率和COD去除率呈增大的趋势。(2)体系的初始PH对染料的降解影响不大，可以在广泛的PH条件下进行染料降解。石墨碳毡阳极氧化降解染料体系可适应较大的染料质量浓度范围（25~100mg/L）。随初始质量浓度的增大，染料的降解率降低，但更高的初始染料质量浓度导致单位时间内去除更多质量的污染物。(3)氯化钠（NACL）、硫酸钠（Na2SO4）和硝酸钠（NaNO3），可作为石墨碳毡阳极氧化降解染料体系的电解质，其中Na2SO4为最优电解质。（4）石墨碳毡是一种比表面积较大的三维材料，石墨碳毡含有的含氧官能团在降解染料分子过程中起到重要作用。

参考文献

［1］于镝，霍凤财，张雯，等．多注多采条件下水驱油藏区域影响估计方法［Ｊ］．东北石油大学学报，2015，39（2）：102－107．

［2］刘泉海，罗福全，黄海龙，等．边底水油藏化学驱提高采收率实验研究［Ｊ］．特种油气藏，2017，24（6）：143－147．