电催化处理酸性藏蓝染料的方法及装置与流程

本发明涉及到环境处理
技术领域：
，特别是涉及到一种电催化处理酸性藏蓝染料的方法及装置。
背景技术：
：我国工业发展的速度加快，工业活动也随之增多，工业废水量也不断增加，而且废水所含的成分越来越复杂，尽管我国目前在工业废水的处理上做了很多工作，投入了很多人力物力财力，但是工业废水的处理依然存在很大的难度，严重威胁着我们的生存生活环境。其中，染料废水是工业废水的主要污染源之一，染料制备工业和染料行业不断发展壮大，高浓度难生化降解的有机污染物工业废水日益增多，产生的大量染料废水成为当前重要的水体污染源之一，带来的环境污染问题突出。近年来，酸性藏蓝染料的排放日益增多，给环境带来的危害日益严重。酸性藏蓝又叫酸性藏青，分子式为C26H16N3Na3O10S3，分子量为695.58，最大吸收波长为630nm，是暗蓝色均匀粉末。溶于水时水溶液是紫色，溶于浓盐酸是蓝色，滴加浓氢氧化钠会变成红光橙棕色。在乙二醇乙醚中全溶，溶于乙醇是红光蓝色，在其他有机溶剂中不可溶。在浓硫酸中是深暗绿色，稀释之后变成蓝色；溶于浓硝酸初变紫酱色，后呈现橙色。酸性藏蓝染料的原料是H酸(8-氨基-1-萘酚-3，6-二磺酸)和苯基周位酸(N-苯基-1-萘胺-8-磺酸)，H酸重氮化后与苯基周位酸偶合，再经盐析、过滤、干燥、粉碎制得成品。它是一种有毒有害物品，可燃，加热分解释放有毒的氮氧化物，氨，氧化钠和硫氧化物烟雾，要求在通风干燥的条件下储存。酸性藏蓝可染羊毛、锦纶、丝织物、黏胶纤维，也用于纸张、肥皂、皮革的着色。酸性藏蓝结构式如下：酸性藏蓝是一种难降解的有机物，它的水溶液有染料废水的特征，而且酸性藏蓝在工业上应用广泛，废水排放量大，对环境有重大危害，研究酸性藏蓝染料废水的降解性能对电催化氧化处理染料体系有普遍的参考价值，对社会发展也有重大的经济利益和现实意义。对酸性藏蓝的脱色降解技术很少，酸性藏蓝作为偶氮染料的典型代表，用常规的物理化学生物法很难完全脱色降解。目前处理酸性藏蓝染料废水的方法主要为电催化氧化法，但是降解时间长，效果一般，处理装置复杂，施工运行成本高，推广难。技术实现要素：本发明的主要目的为提供一种电催化处理酸性藏蓝染料的方法及装置，解决酸性藏蓝染料废水难以处理的问题。本发明提出一种电催化处理酸性染料废水的电解装置，包括：电解池槽体，电极组，催化电极，搅拌装置以及挡板；所述电解池槽体，用以存放待处理的酸性染料废水；所述电极组包括大于两块的极板，平行设置于所述电解池池体内部；所述催化电极为颗粒状固体，设置于极板之间；所述挡板将所述搅拌装置与所述电极组、所述催化电极隔开。优选地，所述电极组采用碳钢材质。优选地，所述催化电极为CuO-PrO2-Al2O3颗粒。优选地，所述极板之间的间距为8cm～10cm。本发明还提出了一种使用上述装置的电催化处理酸性染料废水的方法，包括：往所述装置中注入酸性染料废水，往极板之间加入催化电极；启动搅拌装置；加入电解质，并调节装置内溶液的pH值；通电电解。优选地，每两块极板之间加入的催化电极的量为极板之间废水质量的10％-15％。优选地，所述电解质为硝酸钾，加入的质量为废水质量的0.1％～0.9％。优选地，所述酸性染料废水的初始浓度为20mg/L～40mg/L。优选地，通电电压为5V，通电电解的时间为30min。优选地，所述pH值的初始值为6.5-7.0。本发明提出一种电催化处理酸性藏蓝染料的方法及装置，装置包括电解池槽体，电极组，催化电极，搅拌装置以及挡板；所述电解池，用以存放待处理的酸性染料废水；所述电极组包括大于两块的极板，平行设置于所述电解池池体内部；所述催化电极为颗粒状固体，设置于极板之间；所述挡板将所述搅拌装置与所述电极组、所述催化电极隔开。方法包括往所述装置中注入酸性染料废水，往极板之间加入催化电极；启动搅拌装置；加入电解质，并调节装置内溶液的pH值；通电电解。本发明采用固定床三维电极反应器，电极的比表面积大，因为颗粒的间距很小从而改善了物质的传质效果，提高了电流效率，在不同的电流密度下易于测定，采用电极联用装置，增加了电极板数量，电极的比表面积大进一步，提高了电导率，改进了工艺技术，缩短处理时间，脱色降解效果显著。附图说明图1为本发明一种电催化处理酸性藏蓝染料废水装置实施例的结构示意图；图2为实施例1对初始浓度为40mg/L酸性藏蓝染料废水做不同降解时间的全波长紫外-可见吸收光谱图。本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。参照图1，图1为本发明一种电催化处理酸性藏蓝染料废水装置实施例的结构示意图。电解池为一长方体玻璃器皿，外壁的长为80cm，宽和高都为12cm，玻璃厚1.0cm，接近底部处有一个带孔的玻璃挡板，将转子与催化剂颗粒电极隔开。电极组由多块平行的极板组成，其材质为碳钢电极。本实施例中，极板的长和宽分别为10cm、6cm，钢板厚0.2cm，电极固定在电解槽两相对的内壁，每隔8cm～10cm串联一块极板。通过磁力搅拌器控制转子的转速以达到控制搅拌速度的目的，用pH计测pH值，在实验过程中加入电解质来调节电流密度。催化电极为CuO-PrO2-Al2O3固体，可由以下方法制得：称取200gγ-Al2O3颗粒放入去离子水中反复清洗，在蒸馏水里浸泡30min，除去载体表面粉末，放入烘箱80℃烘干，再将载体放入10％NaOH溶液反复清洗浸泡，以消除表面油污等杂质，再用蒸馏水清洗干净，80℃下烘干待用。配置3％Pr(NO3)3(重量份)溶液，加入0.7％二甲基咪唑(重量份)和0.5％脂肪酸钠(重量份)，得到γ-Al2O3颗粒的Pr(NO3)3溶液。往水中加入20％Cu(NO3)2(重量份)，0.6％乙醇(重量份)，配置成Cu(NO3)2溶液。将γ-Al2O3颗粒浸入Pr(NO3)3溶液浸渍12小时，滤去浸余液，将γ-Al2O3载体放入烘箱，经100℃烘干。将烘干后的γ-Al2O3颗粒放入马弗炉焙烧，烘焙时间4小时，烘焙温度为450℃，获得PrO2-Al2O3颗粒。将PrO2-Al2O3颗粒浸入Cu(NO3)2溶液中，浸泡12小时，滤去浸余液，将PrO2-Al2O3载体放入烘箱，经95℃烘干。将烘干后的PrO2-Al2O3颗粒放入马弗炉焙烧，烘焙时间4小时，烘焙温度为450℃，获得CuO-PrO2-Al2O3颗粒。实施例1本发明还提出了一种使用上述装置的电催化处理酸性染料废水的方法，包括：往所述装置中注入10L左右酸性染料废水，酸性染料废水使用藏蓝溶液作为模拟，浓度为40mg/L。往极板之间加入催化电极，极板之间加入约30g的CuO-PrO2-Al2O3颗粒；启动搅拌装置，控制控制转子的转速为1000rpm，加入硝酸钾0.9g，并调节装置内溶液的pH值，使其在6.5～7.0之间；使用5V的直流电源开始通电电解，电解时长为30min。实施例2往所述装置中注入10L左右酸性染料废水，酸性染料废水使用藏蓝溶液作为模拟，浓度为20mg/L。往极板之间加入催化电极，极板之间加入约20g的CuO-PrO2-Al2O3颗粒；启动搅拌装置，控制控制转子的转速为1000rpm，加入硝酸钾0.6g，并调节装置内溶液的pH值，使其在6.5～7.0之间；使用5V的直流电源开始通电电解，电解时长为30min。实施例3往所述装置中注入10L左右酸性染料废水，酸性染料废水使用藏蓝溶液作为模拟，浓度为20mg/L。往极板之间加入催化电极，极板之间加入约25g的CuO-PrO2-Al2O3颗粒；启动搅拌装置，控制控制转子的转速为1000rpm，加入硝酸钾0.7g，并调节装置内溶液的pH值，使其在6.5～7.0之间；使用5V的直流电源开始通电电解，电解时长为30min。对实施例1和实施例2的处理结果进行表征，得到以下数据：名称处理前(mg/L)处理后(mg/L)去除率％实施例1COD49910479实施例1TOC58136736实施例2COD2464582实施例2TOC28718934实施例3COD2515080实施例3TOC27917637从上表可以看出，本发明提出的电催化处理酸性染料废水的方法能有效地去除废水中的还原物质，大幅度地降低废水的COD值，对TOC也有一定的去除效果。图2为实施例1对初始浓度为40mg/L酸性藏蓝染料废水做不同降解时间的全波长紫外-可见吸收光谱图。从图2中可以看出，随着处理时间的延长，酸性藏蓝的最大吸收波长在不断发生蓝移。630nm处为酸性藏蓝的最大吸收波长，是藏蓝分子的偶氮双键与两个萘环、三个磺酸组成的显色基团共同构成的共轭体系延长后得到的最大吸收波长，300nm处的特征峰为未参与共轭体系形成的苯环的吸收波长。随着处理时间的延长，在630nm处的最大吸收波长吸光度逐渐减弱，当处理时间到30min时已基本检测不到630nm处的吸收峰。因此可以看出三维电极电催化氧化工艺在处理染料废水时出现了开环反应，藏蓝分子的共轭体系被破坏，藏蓝分子的偶氮双键与两个萘环、三个磺酸基团构成的共轭体系基本被分解完全。而在300nm处的特征峰没有明显变化。由此可见，随着实验的进行，藏蓝分子中未参与形成共轭体系的苯环虽然也可被电解，但是偶氮双键与两个萘环、三个磺酸基团构成的共轭体系在电解过程中同时生成新的苯环，所以在300nm处的特征峰的吸光度并没有明显降低。根据Woodward-Fieser规则，结合物质的分子结构式以及图谱上各官能团的最大吸收波长可以看出，在电催化氧化反应进行的过程中，藏蓝分子的共轭体系不断打开，生成了大量的中间产物，这些中间产物包括苯磺酸。本发明提出一种电催化处理酸性藏蓝染料的方法及装置，装置包括电解池槽体，电极组，催化电极，搅拌装置以及挡板；所述电解池，用以存放待处理的酸性染料废水；所述电极组包括大于两块的极板，平行设置于所述电解池池体内部；所述催化电极为颗粒状固体，设置于极板之间；所述挡板将所述搅拌装置与所述电极组、所述催化电极隔开。方法包括往所述装置中注入酸性染料废水，往极板之间加入催化电极；启动搅拌装置；加入电解质，并调节装置内溶液的pH值；通电电解。本发明采用固定床三维电极反应器，电极的比表面积大，因为颗粒的间距很小从而改善了物质的传质效果，提高了电流效率，在不同的电流密度下易于测定，采用电极联用装置，增加了电极板数量，电极的比表面积大进一步，提高了电导率，改进了工艺技术，缩短处理时间，脱色降解效果显著。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3