专利名称：一种含有机酚废水的高效处理方法
技术领域：
本发明属于废水处理、环境保护型材料领域，特别涉及有机酚类废水处理。
背景技术：
随着工业的快速发展，工业有机废水的排放量和种类日益增加。它的大量排放给环境带来了严重污染，有害于人类健康及生物的生长繁殖，影响经济的可持续发展。其中酚类废水是一种较难处理彻底的有机污染物，它在工业废水中广泛存在，例如印染、塑胶、医药、炼油、炼焦等。目前采用的生物法、混凝沉淀法、活性炭吸附法、臭氧氧化法、泡沫分离法、离子交换法、反渗透法和超滤法，或者处理效果较差、造价太高，或者存在二次污染、后续处理困难，导致工程技术问题将更为棘手。近年来电化学及纳米气泡法混合法成了这类污染物处理的一个新方向。纳米气泡由于其独特的优异性质，应用前景十分广阔。纳米气泡在水体中的增氧作用的效率相当高，仅数小时就可以使较大范围内的水体溶解氧迅速提高，使水体中的化学需氧量降低。 这是因为纳米气泡的表面积能有效增大，气泡的表面能也大幅度增大，表面能的增大及气泡内能量增大可以加强表面氧化反应，可以提高氧的利用率。电化学及纳米气泡的混合使用，使得在阳极产生的氧气及臭氧共同作用下有机酚类废水除去率大幅度提高，最终氧化分解成H2O和C02。理想的电极材料具有高的电化学活性、良好的稳定性、好的导电性，并且来源广泛、价格低廉、环保无二次污染。目前，用于电化学处理有机污染物的电极表现出高的电化学活性和良好的稳定性，但有些会析出有害离子而导致二次污染，有些价格昂贵，这使得此类应用受到限制。石墨具有导电性好、来源广泛、价格低廉、环保无二次污染的特点，但碳电极总的来说效果差、 稳定性差。凹凸棒土来源广泛、价格低廉，具有独特的层链状结构特征，它的内部拥有巨大的比面积，从而凹土被广泛用于吸附剂、水净化、污水处理等。
发明内容
本发明目的在于提出一种无二次污染、降低成本的含有机酚废水的高效处理方法。本发明技术方案是在有机酚类废水中加入聚乙二醇400，在电解作用下溶液中产生粒径为50 200nm的氧气、臭氧纳米气泡，利用电化学氧化和纳米气泡的协同作用，对有机酚类废水进行高效处理。具体方案是将含有机的酚废液用0. lmol/L的H2SO4和NaOH调节pH至7，加入质量百分比为4%的聚乙二醇400水溶液，将混合体系升温至45 55°C，将凹凸棒土和石墨复合制成阳电极，以不锈钢为阴极，在电流密度为20mA/cm2的条件下进行电解反应。本发明利用凹凸棒土独特链状结构特征，及其对有机物较强的吸附能力，将凹凸棒土酸化，使其与膨胀石墨复合，形成较大比表面积的复合材料，将其制备成电极。在有机酚类废水中加入表面活性剂——聚乙二醇400，电解作用下溶液中产生粒径为50-200nm的氧气、臭氧纳米气泡。利用电化学氧化及纳米气泡的混合作用对有机酚类废水进行高效处理，开发出价格低廉、环境友好型的电极材料及高效处理有机酚类废水的新技术。本发明的复合材料电极可进行半年以上连续运行，产生的纳米气泡效率高、且具有很强的强氧化能力，废水中有机酚在电化作用和阳极产生的氧气、臭氧纳米气泡共同作用下，能高效处理， 有机酚类的降解率达到100%。本发明不仅方法简单，而且除去率高，对有机酚的除去率达 95%。对COD的除去率达85%。由于本发明使用的材料均价格低廉，无二次污染，且电极在多次实验后也不被腐蚀，有效提高了反复利用率，降低了废水处理的成本。本发明所述阳电极的制造方法是将石墨粉进行膨胀处理后与凹凸棒土粉末混合，以丙酮溶解环氧树脂和固化剂，将两混合体系再混合，搅拌均匀直至变成粘结状，然后经模具压块，再经固化后，于150°c下在烘烤4h。其中，膨胀的石墨粉与凹凸棒土粉末的混合质量比为4:1。本发明中将石墨粉和凹凸棒土分别进行处理。石墨粉膨胀后，体积可以达到初始时的200倍，疏松多孔结构，提高了吸附性能，使得凹凸棒土更好的嵌入其中通过扫描电镜可以看出。而凹凸棒土进行酸化后BET的数据显示，其比表面积从120m2/g扩大到318m2/ g，有效增强了其吸附能力。有机酚废液加入聚乙二醇400进行电解实验后，溶液中产生的纳米气泡通过透射电镜可以看出尺寸在50-200nm之间，通过负染-电镜和原子力显微镜， 可以看出纳米气泡为球冠状。
具体实施例方式一、制备阳电极棒
方案I :
(I)取IOg石墨粉用2.5g高锰酸钾、56g硝酸、200g磷酸混合，搅拌Ih后，抽滤、洗涤直至洗出液为中性，取出石墨粉烘干，在800°C高温下膨胀30s，制得8. 5g膨胀石墨粉。(2)取5 g凹凸棒土用250 ml水浸泡24h后，取5g放入园底烧瓶中，加水搅拌 24h后转入烧杯中，自然静置后，取上层悬浮液过滤，烘干，取得4. 5g凹凸棒土粉末。(3)取制得的Ig凹凸棒土粉末,在室温下超声20min后和4 g膨胀石墨混合。取0. 8 g环氧树脂和0. 2g固化剂氯化铵,加入I. 5ml丙酮,形成混合溶液,倒入5g 凹凸棒土粉末和石墨粉的混合物中，充分搅拌lOmin，直至变成粘结状，然后分别装入模具， 在140N/cm2的压力下压制成块，脱去模具，在室温下自然固化24h，150°C下在马弗炉中烘烤 4h。方案2:
(I)膨胀石墨粉的制备方法与方案I中(I)相同。(2)取5g凹凸棒土与15g重量百分比为38%的盐酸混合，加热回流2h后，抽滤， 洗涤直至洗出液为中性，烘干制得酸化的凹凸棒土粉末。(3)取制得的Ig酸化的凹凸棒土粉末，在室温下超声20min后和4g膨胀石墨混
口 o取0. 8g环氧树脂和0. 2g固化剂氯化铵,加入I. 5ml丙酮,形成混合溶液,倒入5g 酸化的凹凸棒土粉末和石墨粉的混合物中，充分搅拌lOmin，直至变成粘结状，然后分别装入模具，在140N/cm2的压力下压制成块，脱去模具，在室温下自然固化24h，150°C下在马弗炉中烘烤4h。二、处理有机废水
将聚乙二醇400和水按一定比例混匀。取一定量的苯酚，溶解，于容量瓶中定容至刻度线，将聚乙二醇400溶液加入苯酚溶液中，用将凹凸棒土和石墨复合制成阳电极，不锈钢为阴极进行电解实验。(I) 电解的电流密度对除去率的影响
取200mL 0. 2g/L的苯酚废液4份，用0. lmol/L的H2SO4和NaOH调节pH到5，在温度 25°C下,改变电流密度，分别为 2. 5mA/cm2>5mA/cm2、IOmA/cm2>20mA/cm2>25 mA/cm2 电解苯酌' 废液60min，分别取电解液，利用4 一氨基安替比林直接光度法对苯酚含量进行检测，采用重铬酸钾法对COD含量进行检测。结论废水中苯酚和COD的去除率随电流密度的增大而增大，在电流密度为20mA/ cm2时，电解60min后，去除率不再变化，苯酚的除去率达99%，COD的去除率达93%。(2) 电解液的pH值对除去率的影响
取200mL 0. 2g/L的苯酚废液12份，用0. lmol/L的H2SO4和NaOH调节pH分别为I、2、
3、4、5、6、7、8、9、10、11、12在温度25。。，电流密度20mA/cm2的条件下电解苯酚废液60min， 分别取电解液，对苯酚和COD含量检测的方法同上。结论废水中苯酚和COD的去除率随pH的增大先增大后减小，当pH达到7左右， 去除率达到最大。苯酚的除去率达100%，COD的去除率达95%。(3) 电解温度对除去率的影响
取200mL 0. 2g/mL的苯酚废液4份，用0. lmol/L的H2SO4和NaOH调节pH到7，改变温度，分别为25°C、35°C、45°C、55°C在电流密度为20mA/cm2的条件下电解苯酚废液60min，分别取电解液，对苯酚和COD含量检测的方法同上。结论废水中苯酚和COD的去除率随温度的升高而增大，当温度达到45°C时，电解 60min后，去除率不再变化。苯酚的除去率达99%，COD的去除率达95%。(4) 纳米气泡对除去率的影响
取200mL 0. 2g/mL的苯酚废液10份，用0. lmol/L的H2SO4和NaOH调节pH到7， 配制聚乙二醇400溶液使得溶液质量比为，聚乙二醇400 H20=4%，在苯酚废液中分别加入 lmL、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、IOmL 聚乙二醇 400,在温度 55°C,电流密度 20mA/cm2的条件下电解苯酚废液60min。取电解液，对苯酚和COD含量检测的方法同上。结论废水中苯酚和COD的去除率随聚乙二醇400含量的增大先增大后减小，当加入聚乙二醇400体积为8mL时，去除率达到最大，电解60min后，去除率不再变化。在电化学和纳米气泡的混合作用下，苯酚的除去率达100%，COD的去除率达96%。
权利要求
1.一种含有机酚废水的高效处理方法，其特征在于在有机酚类废水中加入聚乙二醇 400，在电解作用下溶液中产生粒径为50 200nm的氧气、臭氧纳米气泡，对有机酚类废水进行闻效处理。
2.根据权利要求I所述一种含有机酚废水的高效处理方法，其特征在于将含有机的酚废液用0. lmol/L的H2SO4和NaOH调节pH至7，加入质量百分比为4%的聚乙二醇400水溶液，将混合体系升温至45 55°C，将凹凸棒土和石墨复合制成阳电极，以不锈钢或铁为阴极，在电流密度为20mA/cm2的条件下进行电解反应。
3.根据权利要求2所述含有机酚废水的高效处理方法，其特征在于所述阳电极的制造方法是将石墨粉进行膨胀处理后与凹凸棒土粉末混合，以丙酮溶解环氧树脂和固化剂，将两混合体系再混合，搅拌均匀直至变成粘结状，然后经模具压块，再经固化后，于150°C下在烘烤4h。
4.根据权利要求3所述含有机酚废水的高效处理方法，其特征在于所述膨胀的石墨粉与凹凸棒土粉末的混合质量比为4 I。
全文摘要
一种含有机酚废水的高效处理方法，属于废水处理技术领域。在有机酚类废水中加入聚乙二醇400，在电解作用下溶液中产生粒径为50～200nm的氧气、臭氧纳米气泡，利用电化学氧化和纳米气泡的协同作用，对有机酚类废水进行高效处理。本发明使用的材料均价格低廉，无二次污染，且电极在多次实验后也不被腐蚀，能有效提高反复利用率，降低废水处理的成本。
文档编号C02F1/46GK102531109SQ20121003113
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者刘天晴, 左明明, 黄星雨 申请人:扬州大学