电化学还原氧化工艺降解4-氯酚废水的动力学及毒性研究

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氯酚污染物是一类难降解的有毒有害化合物,近年来越来越受到人们的关注。本文采用由Pd-Fe/石墨烯气体扩散阴极和Ti/IrO2/RuO2阳极(隔膜为涤纶滤布)制备的两电极和三电极体系分别对4-氯酚进行降解,对降解过程中动力学及毒性进行研究。在最佳降解条件下降解4-氯酚(100 mg/L),利用TOC测定仪、高效液相色谱和离子色谱对4-氯酚降解效果及中间产物进行测定。结果表明:三电极体系阳极室、阴极室1和阴极室2中4-氯酚的降解率分别为94.0%,95.9%和95.4%,高于两电极体系阴阳极室4-氯酚的降解率91.0%和90.9%。三电极体系降解4-氯酚过程中阳极室和阴极室生成的中间产物与两电极体系相同。阳极室内产生苯酚、苯醌和对苯二酚苯环类中间产物,阴极室内产生的苯环类中间产物为苯酚,阴阳极室产生的小分子有机酸均为甲酸、乙酸、丁二酸和反丁烯二酸。根据阴阳极室产生的中间产物推导动力学模型,选取25mg/L、50mg/L、100Omg/L、200 mg/L和500 mg/L的氯酚对模型进行验证,相关性系数均达到0.85以上,表明实验数据点与模型达到较好的拟合;两个阴极室的K2(芳香族类有机物转化为有机酸的动力学常数)值大于阳极室的K2值,表明Pd-Fe/石墨烯气体扩散阴极对4-氯酚降解至毒性较小的有机物的效果强于阳极。利用发光细菌法测定中间产物的毒性值,根据毒性值和浓度计算得到理论计算毒性,再测定降解过程中测定毒性。利用SPSS软件对2种毒性值进行相关性分析,相关性系数为1,表明2种毒性值显著相关。阳极室降解过程中毒性先升高后降低,阴极室毒性呈下降的趋势。三电极体系下降解至120 min时阳极室的理论计算毒性值(1.7 L/mg)低于两电极体系(2.0 L/mg),表明三电极体系优于两电极体系。在最佳降解条件下利用三电极体系降解模拟造纸废水,对降解过程中4-氯酚的降解率、废水COD及毒性进行测定。结果表明:降解至120 min时阴极室1、阴极室2和阳极室中4-氯酚的转化率分别达到96.8%,96.4%和95.3%,COD去除率分别为78.2%、80.7%和81.0%,表明三电极体系对模拟造纸废水中氯酚具有较强的降解作用,且对模拟废水的COD去除效果较好;降解结束后,阴极室1和阴极室2的毒性值大于100%,阳极室的毒性值为81.0%,均低于模拟废水初始毒性值(51.0%),说明三电极体系降解氯酚类废水能达到较好的脱毒效果。
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