专利名称：一种通过电聚合实现苯胺废水资源化与零排放的方法
技术领域：
本发明涉及工业污水处理领域，以苯胺的电聚合反应为基础，实现苯胺废水的无毒化处理与零排放。本发明涉及聚苯胺的电化学合成领域，将废水中的苯胺物质资源化为
聚合广品ο
背景技术：
苯胺废水作为制药、化工等工业行业的常见高毒性、难降解有机废水，一直是环境保护领域研究者们关注的热点。苯胺废水的处理首先应实现苯胺的去除和回收利用，其次应当尽可能的实现废水零排放，以达到节约水资源及水资源重复利用的目的。比较典型的苯胺废水处理技术，包括生物法，吸附法，化学氧化法等，但大多数方法不能有效实现苯胺废水的资源化及废水的零排放。顾龙妹等报道了向废水中添加甲醛和硫酸铝进行缩聚反应，处理对甲苯胺废水的技术，聚合物析出后添加聚丙烯酰胺沉淀，再通过铁碳法进行絮凝处理。这一化学氧化方法虽完成苯胺类废水的处理，但需要大量添加化学药剂。(顾龙妹.对甲苯胺废水处理装置[P]·中国专利，201020262M7. 2011-3-2.)使用生物法处理苯胺废水的方法由中国石化的黄京生报道，使用台湾H. S. B高分解力细菌，将硝基苯(100mg/L)，苯胺(500mg/L)，C0D约1500/L的硝基苯、苯胺废水进行生化处理，实现达标排放，有害物质降解完全依赖微生物进行(黄京生，于芳等.硝基苯废水或苯胺废水或其混合废水的全生化处理方法[P].中国专利，200410065840. 2005-07-27.)，但此种方法处理时间较长，且不能实现资源回收利用。南化集团研究院报道了使用硝基苯处理苯胺废水的技术，以苯胺生产原料硝基苯为溶剂，将苯胺废水重新萃取至硝基苯中，投入苯胺生产流程，含硝基苯的废水，作为硝基苯生产中的粗硝基苯碱洗用水。(刘汉等.硝基苯萃取法处理苯胺废水[P].中国专利，200410064922. 2005-03-30.)该方法虽实现了苯胺废水的完全处理，但主要只能适用于特殊苯胺生产流程中产生的废水，对于其他工业领域产生的苯胺废水不能保证适用。中科院煤化所使用吸附-低温干法处理苯胺废水，将苯胺废水通过装有吸附-催化剂的固定床反应器，使吸附后废水中苯胺浓度低于5mg/L，吸附完毕后在反应温度100-40(TC，反应l-10h，充入氧化性气体，催化氧化苯胺，并反复使用该反应器。该方法需要较大规模的反应器、催化剂、加热装置等。(刘振宇，李秉正.一种吸附-低温干法处理苯胺废水的方法[P].中国专利，2008100M832. 2010-06-02.)这些苯胺废水处理方法，或需要添加较多外加化学物质，或仅能适用于特定苯胺废水的回收利用。使用电化学氧化方法对苯胺废水的去除效率高，处理速度快，成本与药剂投入量有所下降，但依然面临处理成本高、工艺复杂等问题，难以大规模应用。南京大学报道的使用电解法降解废水中苯胺、硝基苯的方法，使用钛基钌或钛基二氧化铅阳极以及具有阳离子交换膜分隔的电解槽，对阳极室中苯胺废水进行直流电解，阴极室加入NaOH溶液。这一方法依然使用强碱性溶液并使用较昂贵的催化阳极材料，为苯胺废水处理带来不便。(赵玉明.一种电解法降解废水中苯胺或/和硝基苯的方法[P].中国专利， 200610040664. 2008-05-21.)天津理工大学报道了使用微生物燃料电池处理苯胺废水的方法，使用碳、玻态碳等电极材料，阴极使用镀钼催化剂，使用厌氧污泥启动微生物燃料电池， 并就爱你更阳极葡萄糖转换为苯胺、葡萄糖混合溶液，用以消耗苯胺污染物。这一方法结合生物与电化学两种处理手段，也就带来工艺复杂程度相应提升。(张嘉琪.一种微生物燃料电池及其处理苯胺废水的方法[P].中国专利，201010262015. 2010-12-22.)在苯胺废水的电催化氧化的处理过程中，苯胺在阳极上的电化学聚合现象却屡见不鲜，沉积在阳极表面极大的阻碍了催化氧化进程。苯胺类物质可以在各种电极表面，快速均勻聚合成膜，因此通过苯胺电聚合反应，使废水中的苯胺类物质聚合沉积在阳极极板上， 将极有可能实现低成本、低能耗处理苯胺废水，而且可实现苯胺废水的资源化利用及废水的零排放。本专利就提出和发明了一种将苯胺废水通过电聚合成膜实现苯胺废水资源化与零排放的方法。
发明内容
本发明目的是利用苯胺在阳极上的电聚合成膜过程，使用304、321不锈钢阳极， 钛基二氧化锡阳极对苯胺废水进行电化学处理。在对苯胺的电化学聚合反应进行控制的基础上，利用苯胺聚合成膜的不断成长，消耗废水中的苯胺成分，最终使苯胺废水得到彻底无
毒化处理。为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案在浓度为10 1000mg/L的苯胺废水，加入电解质硫酸钠浓度并使硫酸钠达到0. 05 0. 2mol/L，使废水的电导率达到 5 20mS/cm，pH控制在4 10。使用直流工作电源对废水进行处理，工作电极为不锈钢电极，钛电极，钛基氧化物电极，钼电极或石墨电极，工作电极面积与待处理溶液体积比为 5cm2 Icm3 Icm2 5cm3。使用直流工作电源的工作电压为2. 5 5V，并调节工作电流密度为1 ΙΟΑ/m2，进行0. 1 1 !的持续处理。出水苯胺浓度小于10mg/L，化学需氧量(COD)排放浓度低于100mg/L。处理后的废水含有少量苯胺物质，可回用为锅炉循环冷却水，实现废水的零排放。
具体实施例方式实施例1 选用100mg/L浓度待处理苯胺废水100ml，设定工作电压为3. 2V，调节电解质硫酸钠浓度使之达到0. lmol/L，废水电导率达lOmS/cm，pH为7，调节工作电流密度为5A/m2，工作电极面积与待处理溶液体积比为5cm2 Icm3，经过电化学处理1 后，苯胺电聚合成膜产物整体脱落，意味着苯胺基本从水中被除去。苯胺浓度由100mg/L变为7mg/L化学需氧量由250mg/L变为COD为53mg/L。处理每吨100mg/L苯胺废水耗能4. 03kwh。工作电极为 304不锈钢。实施例2选用20mg/L浓度待处理苯胺废水20ml，设定工作电压为4. 0V,调节电解质硫酸钠浓度使之达到0. lmol/L，废水电导率达lOmS/cm，pH为4，调节工作电流密度为8A/m2，工作电极面积与待处理溶液体积比为2cm2 Icm3，经过电化学处理0. Ih后，苯胺电聚合成膜产物整体脱落，意味着苯胺基本从水中被除去。苯胺浓度由20mg/L变为％ig/L，化学需氧量由 50mg/L变为COD为15mg/L。处理每吨20mg/L苯胺废水耗能0. 52kwh。工作电极为304不锈钢。实施例3选用20mg/L浓度待处理苯胺废水100ml，设定工作电压为2. 5V，调节电解质硫酸钠浓度使之达到0. lmol/L，废水电导率达10mS/cm，pH为10，调节工作电流密度为4. 5A/m2， 工作电极面积与待处理溶液体积比为2cm2 Icm3，经过电化学处理1 后，苯胺电聚合成膜产物整体脱落，意味着苯胺基本从水中被除去。苯胺浓度由20mg/L变为:3mg/L，化学需氧量由50mg/L变为COD为9. 8mg/L。处理每吨20mg/L苯胺废水耗能0. 59kwh。工作电极为 321不锈钢。实施例4选用400mg/L浓度待处理苯胺废水IOOOml，设定工作电压为4. 5V，调节电解质硫酸钠浓度使之达到0. 05mol/L，废水电导率达5mS/cm，pH为7，调节工作电流密度为9A/m2， 工作电极面积与待处理溶液体积比为Icm2 Icm3，经过电化学处理1 后，苯胺电聚合成膜产物整体脱落，意味着苯胺基本从水中被除去。苯胺浓度由400mg/L变为8mg/L，化学需氧量由1000mg/L变为COD为^mg/L。处理每吨400mg/L苯胺废水耗能17. 12kwh。工作电极为工业纯钛电极。实施例5选用800mg/L浓度待处理苯胺废水300ml，设定工作电压为5V，调节电解质硫酸钠浓度使之达到0. 2mol/L，废水电导率达20mS/cm，pH为7，调节工作电流密度为ΙΟΑ/m2，工作电极面积与待处理溶液体积比为Icm2 2cm3，经过电化学处理他后，苯胺电聚合成膜产物整体脱落，意味着苯胺基本从水中被除去。苯胺浓度由800mg/L变为7mg/L，化学需氧量由 2000mg/L变为COD为7ang/L。处理每吨8000mg/L苯胺废水耗能35. 05kwh。工作电极为 321不锈钢。实施例6 选用750mg/L浓度待处理苯胺废水300ml，设定工作电压为2. 5V，调节电解质硫酸钠浓度使之达到0. lmol/L，废水电导率达lOmS/cm，pH为7，调节工作电流密度为lA/m2，工作电极面积与待处理溶液体积比为Icm2 5cm3，经过电化学处理1 后，苯胺电聚合成膜产物整体脱落，意味着苯胺基本从水中被除去。苯胺浓度由750mg/L变为6mg/L，化学需氧量由1880mg/L变为COD为Mmg/L。处理每吨750mg/L苯胺废水耗能22. 89kwh。工作电极为工业纯钛电极。实施例7选用200mg/L浓度待处理苯胺废水200ml，设定工作电压为4V，调节电解质硫酸钠浓度使之达到0. lmol/L，废水电导率达lOmS/cm，pH为7，调节工作电流密度为8A/m2，工作电极面积与待处理溶液体积比为Icm2 5cm3，经过电化学处理他后，苯胺电聚合成膜产物整体脱落，意味着苯胺基本从水中被除去。苯胺浓度由200mg/L变为5. 5mg/L，化学需氧量由500mg/L变为COD为3%ig/L。处理每吨200mg/L苯胺废水耗能7. 33kwh。工作电极为钛基二氧化锡电极。实施例8选用100mg/L浓度待处理苯胺废水100ml，设定工作电压为5V，调节电解质硫酸钠浓度使之达到0. lmol/L，废水电导率达10mS/cm，pH为7，调节工作电流密度为ΙΟΑ/m2，工作电极面积与待处理溶液体积比为5cm2 Icm3，经过电化学处理4h后，苯胺电聚合成膜产物整体脱落，意味着苯胺基本从水中被除去。苯胺浓度由100mg/L变为％ig/L，化学需氧量由 500mg/L变为COD为4ang/L。处理每吨100mg/L苯胺废水耗能7. 67kwh。工作电极为钛基二氧化锡电极。
权利要求
1. 一种通过电聚合实现苯胺废水资源化与零排放的方法，其特征在于 在浓度为10 1000mg/L的苯胺废水，加入电解质硫酸钠浓度并使硫酸钠达到0. 05 0. 2mol/L，使废水的电导率达到5 20mS/cm，pH控制在4 10 ；使用直流工作电源对废水进行处理，工作电极为不锈钢电极，钛电极，钛基氧化物电极，钼电极或石墨电极，工作电极面积与待处理溶液体积比为5cm2 Icm3 Icm2 5cm3 ；使用直流工作电源的工作电压为 2. 5 5V，并调节工作电流密度为1 ΙΟΑ/m2，进行0. 1 12h的持续处理。
全文摘要
一种通过电聚合实现苯胺废水资源化与零排放的方法，涉及工业污水处理领域，并涉及聚苯胺的电化学合成领域。本发明公开了一种使用不锈钢电极，钛基二氧化铅电极通过电聚合实现的苯胺废水资源化与零排放处理方法，利用苯胺聚合成膜在不锈钢阳极上的不断聚合与成膜，消耗废水中的苯胺成分，最终使苯胺废水无毒化，苯胺聚合物成膜可作为产品收集，适量残留的苯胺废水可以用作锅炉循环水的补充水，起到杀生剂作用，实现苯胺废水的零排放。电聚合苯胺废水处理与传统电催化相比，电流效率极大提升，苯胺也得到充分的资源化再利用，最终实现苯胺废水低成本处理与零排放。
文档编号C02F1/46GK102249376SQ201110131660
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者乔宁, 宋珩, 张雯, 曾海燕, 蔡佳兴, 魏刚, 鲍立垠 申请人:北京化工大学