高压脉冲放电对酸性和碱性染料废水降解的研究

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染料废水因其治理难度大而成为当今环境领域的一大研究热点。高压脉冲放电等离子体技术可以将染料废水中的有机污染物降解为无毒或低毒易降解的小分子。因其具有简便、高效、无二次污染等优点,在染料废水处理方面有良好的应用前景。本论文从染料分子的不同化学结构入手,选取了具有代表性的2种酸性染料(甲基橙和伊红)及2种碱性染料(碱性橙和亚甲基蓝),采用板—板式气液串联放电反应器,对比研究了高压脉冲放电反应对单组分酸性和碱性染料的脱色及矿化效率,探讨了不同初始条件对反应液降解效率的影响。本文同时考察了在相同放电条件下两组分酸性混合或碱性混合染料的降解效率及其影响因素,并与单组分染料进行了对比。通过一系列的实验分析,论文主要结论如下:(1)对于单组分染料而言,该反应体系对4种供试染料都具有较高的脱色效果,9mmin的脱色率均已经达到90%以上;各个染料的脱色反应遵循准一级反应动力学模型,相同化学结构的酸性染料的脱色率略高于碱性染料。染料的矿化程度明显低于其脱色效率,各染料21min的总有机碳(TOC)去除率仅为19.9%~32.6%,所研究的两种酸性染料的矿化效率均高于碱性染料。(2)对于双组分染料而言,混合后各组分染料的脱色率和溶液TOC去除率均有所下降。但与单组分染料相比,该反应器用于处理混合染料时的能量利用效率明显升高,21min时处理酸性混合染料及碱性混合染料的能量效率分别为7.16g/(kWh)和3.44g/(kWh)。并且,酸性混合染料的脱色及矿化效率均优于碱性混合染料。(3)反应液的初始浓度对染料的降解效率有明显影响。各单组份染料及混合染料的降解率均随着溶液初始浓度的增加而降低,但反应器的能量效率却得到了提高。双组分混合染料的矿化程度还与组分染料的配置比例有关,当两组分浓度相等时,混合溶液的降解率达到最大值;当两组分浓度不相等时,初始浓度较高的一方在混合溶液降解过程中起主导作用。(4)反应液的初始pH及初始电导率对各染料的降解效率均有明显影响,且本实验研究的单组分染料及双组分混合染料具有相同的变化规律。对于酸性染料而言,降解率与溶液初始pH值呈正相关,碱性染料则恰恰相反;溶液的初始电导率对各染料影响的总趋势一致,即溶液降解率随着初始电导率的升高逐渐下降。(5)羟基自由基捕获剂的加入对酸性或碱性染料都产生了负面影响,且随着所投加捕获剂剂量的增加,对染料降解的抑制作用增强;相反,双氧水的加入则对染料降解有促进作用,但当双氧水浓度达到饱和后,过量的部分对染料的降解没有影响。(6)根据对各染料降解过程中溶液pH值与电导率的变化的研究,以及借助紫外—可见光全波长扫描仪和液相色谱等仪器的分析推断,染料的降解首先是发色基团的断裂,之后苯环开环破裂,生成一些小分子的酸,随着放电时间的延长,进一步矿化为无机离子。
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