一种铁碳微电解电化学分析装置及利用该装置分析煤热解废水中酚类物质氧化还原反应方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及铁碳微电解电化学分析装置及利用该装置分析煤热解废水中酚类物质氧化还原反应方法。

背景技术：

煤热解废水是典型的含酚浓度高、难降解、有毒工业废水，其复杂的酚类化合物已成为国内外煤热解废水治理领域中优先处理和控制的有机污染物。目前，多种物化工艺与生物工艺技术被广泛应用于煤热解废水中酚类物质的降解，其中铁碳微电解技术能够有效强化煤热解废水中酚类物质的降解效能而受到广泛关注。铁碳微电解技术以腐蚀电化学原理为基础，根据铁碳微电解的电极反应式(1)-(3)可知，以电极电位较低的铁为阳极，以电极电位较高的颗粒碳组分为阴极，以废水为电解质溶液，形成无数的微观原电池，并伴随着一系列的电化学氧化还原反应，从而实现废水中的有机污染物的高效降解和转化。但是，关于铁碳微电解电化学反应过程的变化规律以及对煤热解废水中酚类物质降解的机制的研究甚少。

铁碳微电解的电极反应式为：

阳极反应：fe-2e→fe²⁺，e0(fe²⁺/fe)＝-0.44v(1)

阴极反应：

无氧条件：2h⁺+2e→h2，e0(h⁺/h2)＝0.00v(2)

有氧条件：o2+4h⁺+4e→2h2o，e0(o2/h2o)＝1.23v(酸性介质)(3)。

技术实现要素：

本发明的目的是为了进一步研究铁碳微电解的电化学反应过程以及其在煤热解废水酚类物质降解中发挥的作用，提供了一种铁碳微电解电化学分析装置及利用该装置分析煤热解废水中酚类物质氧化还原反应方法。

一种铁碳微电解电化学分析装置，包括铁碳微电解反应池、工作电极、对电极、参比电极、微孔曝气装置、磁力搅拌装置和电化学工作站；所述铁碳微电解反应池的底部设置有磁力搅拌装置，铁碳微电解反应池内盛装有煤热解废水，铁碳微电解反应池的底部设置有微孔曝气装置，工作电极、对电极和参比电极置于煤热解废水中，工作电极、对电极和参比电极通过电路分别与电化学工作站电连接，铁碳微电解反应池的底部侧面分别开设有进水管和出水管，铁碳微电解反应池的上方设置有上盖。

利用一种铁碳微电解电化学分析装置分析煤热解废水中酚类物质氧化还原反应方法，按以下步骤完成：

一、将煤热解废水的ph调节至6.0～6.5，电导率调节至2800μs/cm～3000μs/cm；经进水管向铁碳微电解反应池中加入煤热解废水，启动磁力搅拌装置和微孔曝气装置，将煤热解废水中的溶解氧浓度控制在0.2mg/l～4.5mg/l；

二、将工作电极、对电极和参比电极置于煤热解废水中，将工作电极、对电极和参比电极通过电路分别与电化学工作站电连接，启动电化学工作站进行循环伏安分析，利用计算机中的电化学分析软件设置循环伏安法的检测条件，运行程序并记录电流-电势变化，酚类物质在电极上交替发生不同的氧化反应和还原反应的电化学反应信号将通过计算机终端输出而形成循环伏安曲线，通过分析循环伏安曲线中氧化峰和还原峰的变化规律，完成煤热解废水中酚类物质微电解氧化还原反应行为的监测与分析。

本发明的有益效果：

一、本发明中，铁棒阳极与石墨棒阴极在煤热解废水中构成微观原电池，煤热解废水中酚类物质在此原电池作用下发生一系列的氧化还原反应，反应过程中可通过由石墨棒工作电极、铁棒对电极和饱和甘汞电极组成的三电极系统与电化学工作站连接，利用电化学工作站的循环伏安检测方法将电化学信号通过计算机终端输出而形成相应的氧化峰和还原峰谱图，从而完成实时快速监测铁碳微电解反应过程中煤热解废水中酚类物质的氧化还原反应行为。

二、本发明一种铁碳微电解电化学分析装置，结构简易，操作简单，能够通过酚类物质在电极上的氧化还原反应直观反应铁碳微电解的电化学反应过程，从而为探究微电解技术降解煤热解废水中酚类物质的作用机制提供一种有效手段。

三、本发明利用一种铁碳微电解电化学分析装置分析煤热解废水中酚类物质氧化还原反应方法，可以方便地拓展应用于煤热解废水中其他有机污染物及其它废水中有机物的微电解电化学反应过程的实时监测分析。

本发明可获得一种铁碳微电解电化学分析装置及利用该装置分析煤热解废水中酚类物质氧化还原反应方法。

附图说明

图1为实施例一一种铁碳微电解电化学分析装置的示意图；

其中，1为铁碳微电解反应池，2为对电极，3为参比电极，4为工作电极，5为微孔曝气装置，6为曝气泵，7为磁力搅拌装置，8为进水管，9为出水管，10为电化学工作站。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种铁碳微电解电化学分析装置，包括铁碳微电解反应池1、工作电极4、对电极2、参比电极3、微孔曝气装置5、磁力搅拌装置7和电化学工作站10；所述铁碳微电解反应池1的底部设置有磁力搅拌装置7，铁碳微电解反应池1内盛装有煤热解废水，铁碳微电解反应池1的底部设置有微孔曝气装置5，工作电极4、对电极2和参比电极3置于煤热解废水中，工作电极4、对电极2和参比电极3通过电路分别与电化学工作站10电连接，铁碳微电解反应池1的底部侧面分别开设有进水管8和出水管9，铁碳微电解反应池1的上方设置有上盖。

本实施方式的有益效果：

一、本实施方式一种铁碳微电解电化学分析装置，结构简易，操作简单，能够通过酚类物质在电极上的氧化还原反应直观反应铁碳微电解的电化学反应过程，从而为探究微电解技术降解煤热解废水中酚类物质的作用机制提供一种有效手段。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述微孔曝气装置5通过穿设在铁碳微电解反应池1侧壁的管路与曝气泵6连通。

其他步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：所述工作电极4为石墨棒阴极，对电极2为铁棒阳极，参比电极3为饱和甘汞电极，所述石墨棒阴极的直径为0.5cm，长度为5cm；所述铁棒阳极的直径为0.5cm，长度为5cm。

其他步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：利用一种铁碳微电解电化学分析装置分析煤热解废水中酚类物质氧化还原反应方法，按以下步骤完成：

一、将煤热解废水的ph调节至6.0～6.5，电导率调节为2800μs/cm～3000μs/cm；经进水管8向铁碳微电解反应池1中加入煤热解废水，启动磁力搅拌装置7和微孔曝气装置5，将煤热解废水中的溶解氧浓度控制在0.2mg/l～4.5mg/l；

二、将工作电极4、对电极2和参比电极3置于煤热解废水中，将工作电极4、对电极2和参比电极3通过电路分别与电化学工作站10电连接，启动电化学工作站10进行循环伏安分析，利用计算机中的电化学分析软件设置循环伏安法的检测条件，运行程序并记录电流-电势变化，酚类物质在电极上交替发生不同的氧化反应和还原反应的电化学反应信号将通过计算机终端输出而形成循环伏安曲线，通过分析循环伏安曲线中氧化峰和还原峰的变化规律，完成煤热解废水中酚类物质微电解氧化还原反应行为的监测与分析。

本实施方式的有益效果：

一、本实施方式中，铁棒阳极与石墨棒阴极在煤热解废水中构成微观原电池，煤热解废水中酚类物质在此原电池作用下发生一系列的氧化还原反应，反应过程中可通过由石墨棒工作电极、铁棒对电极和饱和甘汞电极组成的三电极系统与电化学工作站10连接，利用电化学工作站10的循环伏安检测方法将电化学信号通过计算机终端输出而形成相应的氧化峰和还原峰谱图，从而完成实时快速监测铁碳微电解反应过程中煤热解废水中酚类物质的氧化还原反应行为；

二、本实施方式利用一种铁碳微电解电化学分析装置分析煤热解废水中酚类物质氧化还原反应的方法，可以方便地拓展应用于煤热解废水中其他有机污染物及其它废水中有机物的微电解电化学反应过程的实时监测分析。

其他步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述步骤一中利用1mol/l的盐酸溶液将煤热解废水的ph调节至6.5，用1mol/l的硫酸钠溶液将煤热解废水的电导率调节至3000μs/cm。

其他步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一中所述的煤热解废水的cod为2000mg/l，总酚浓度为250mg/l。

其他步骤与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述煤热解废水中，粗酚作为酚类物质的来源。

其他步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述步骤一中磁力搅拌装置7的转速为120rpm～150rpm。

其他步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二中所述的工作电极4为石墨棒阴极，对电极2为铁棒阳极，参比电极3为饱和甘汞电极，所述石墨棒阴极的直径为0.5cm，长度为5cm；所述铁棒阳极的直径为0.5cm，长度为5cm。

其他步骤与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤二中所述的工作电极4为石墨棒阴极，对电极2为铁棒阳极，参比电极3为饱和甘汞电极。

其他步骤与具体实施方式一至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：一种铁碳微电解电化学分析装置，包括铁碳微电解反应池1、工作电极4、对电极2、参比电极3、微孔曝气装置5、磁力搅拌装置7和电化学工作站10；所述铁碳微电解反应池1的主体由有机玻璃材料制成，铁碳微电解反应池1的底部设置有磁力搅拌装置7，铁碳微电解反应池1内盛装有煤热解废水，铁碳微电解反应池1的底部设置有微孔曝气装置5，微孔曝气装置5通过穿设在铁碳微电解反应池1侧壁的管路与曝气泵6连通，工作电极4、对电极2和参比电极3置于煤热解废水中，工作电极4、对电极2和参比电极3通过电路分别与电化学工作站10电连接，铁碳微电解反应池1的底部侧面分别开设有进水管8和出水管9，铁碳微电解反应池1的上方设置有上盖。

所述工作电极4为石墨棒阴极，对电极2为铁棒阳极，参比电极3为饱和甘汞电极，石墨棒阴极4的直径为0.5cm，长度为5cm；铁棒阳极2的直径为0.5cm，长度为5cm。

实施例二：利用实施例一一种铁碳微电解电化学分析装置分析煤热解废水中酚类物质氧化还原反应方法，按以下步骤完成：

一、利用1mol/l的盐酸溶液将煤热解废水的ph调节至6.5，利用1mol/l的硫酸钠溶液将废水的电导率调节为3000μs/cm；再经进水管8向铁碳微电解反应池1中加入煤热解废水，启动磁力搅拌装置7和微孔曝气装置5，磁力搅拌装置7的转速为120rpm，将煤热解废水中的溶解氧浓度控制在0.2mg/l；

步骤一中所述的煤热解废水的cod为2000mg/l，总酚浓度为250mg/l，煤热解废水中，粗酚作为酚类物质的来源；

二、将工作电极4、对电极2和参比电极3置于煤热解废水中，将工作电极4、对电极2和参比电极3通过电路分别与电化学工作站10电连接，启动电化学工作站10进行循环伏安分析，利用计算机中的电化学分析软件设置循环伏安法的检测条件，运行程序并记录电流-电势变化，酚类物质在电极上交替发生不同的氧化反应和还原反应的电化学反应信号将通过计算机终端输出而形成循环伏安曲线，通过分析循环伏安曲线中氧化峰和还原峰的变化规律，完成煤热解废水中酚类物质微电解氧化还原反应行为的监测与分析；

步骤二中所述的工作电极4为石墨棒阴极，对电极2为铁棒阳极，参比电极3为饱和甘汞电极，石墨棒阴极4的直径为0.5cm，长度为5cm；铁棒阳极2的直径为0.5cm，长度为5cm。

步骤二中所述的循环伏安法的检测条件为：电势范围为-2.0v～2.0v，扫描速率为1.0v/s，循环次数为2次。