本文關(guān)鍵詞：多級(jí)旋轉(zhuǎn)電極電化學(xué)反應(yīng)器流動(dòng)特性及應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 電化學(xué)反應(yīng)器 旋轉(zhuǎn)電極 流動(dòng)特性 苯酚廢水降解 傳質(zhì)性能

【摘要】：電化學(xué)氧化技術(shù)由于其操作簡(jiǎn)單,處理效率高等特點(diǎn)常用于處理難降解有毒有機(jī)廢水,近年來引起了人們的重視,并對(duì)電極材料性能開展了較系統(tǒng)的研究,但關(guān)于電化學(xué)氧化反應(yīng)器的開發(fā)及優(yōu)化研究較少。管式電化學(xué)反應(yīng)器(又稱柱塞流電化學(xué)反應(yīng)器,PFER)因其具有轉(zhuǎn)化率高、極水比大而廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水的處理過程。本文所設(shè)計(jì)的多級(jí)旋轉(zhuǎn)電極電化學(xué)反應(yīng)器(MRE-PFER)是一種多個(gè)網(wǎng)狀陽極旋轉(zhuǎn)的柱塞流電化學(xué)反應(yīng)器(PFER),通過陽極旋轉(zhuǎn)使得電極表面湍動(dòng)增加,強(qiáng)化電化學(xué)氧化降解有機(jī)物的傳質(zhì)過程,加快電極表面更新,避免了電化學(xué)氧化過程析氣副反應(yīng)產(chǎn)生的氣體附著在電極表面而使電極有效面積減少的缺陷,從而提高電化學(xué)氧化降解有機(jī)物的速率。主要研究結(jié)果如下：(1)首先在間歇電解槽中,以電化學(xué)氧化降解苯酚為實(shí)驗(yàn)體系,以苯酚去除率為對(duì)比指標(biāo),對(duì)電極材料及電極間距等進(jìn)行了預(yù)選。結(jié)果表明,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的陽極較板狀結(jié)構(gòu)的陽極性能好；較高析氧電位的Ti/PbO2陽極去除苯酚的能力比析氧電位低的Ti/RuO2-IrO2和Ti/IrO2-Ta2O5陽極高；電極間距越小,其所需的槽電壓越低,從電極的安裝運(yùn)行操作等方面考慮,選擇20 mm為較適宜的間距�；谝陨涎芯拷Y(jié)果,設(shè)計(jì)制造了新型多級(jí)旋轉(zhuǎn)電極電化學(xué)反應(yīng)器(MRE-PFER)。(2)通過測(cè)定MRE-PFER的停留時(shí)間分布(RTD),研究了反應(yīng)器內(nèi)部的流動(dòng)特性。考察了操作參數(shù)等對(duì)RTD的影響,結(jié)果表明,立式安裝時(shí)的返混稍小于臥式,切向進(jìn)料時(shí)的返混小于徑向進(jìn)料；隨著進(jìn)料量的增加,反應(yīng)器返混減小；電極轉(zhuǎn)速對(duì)低流量時(shí)的流動(dòng)狀況有較大的影響,在轉(zhuǎn)速小于100 rpm時(shí),隨著轉(zhuǎn)速增加,反應(yīng)器返混程度減小,此后增加轉(zhuǎn)速,返混較100 rpm時(shí)變大,說明較高的轉(zhuǎn)速阻擋了液體的軸向流動(dòng),從而使其返混比低轉(zhuǎn)速時(shí)大；在實(shí)驗(yàn)所考察的范圍內(nèi),轉(zhuǎn)速為100 rpm時(shí),流動(dòng)狀況最接近于平推流。(3)以降解模擬苯酚廢水為工作體系,采用MRE-PFER為電化學(xué)氧化降解苯酚的反應(yīng)裝置,考察了工藝參數(shù)及操作參數(shù)對(duì)苯酚去除率的影響。結(jié)果表明,在實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi),最優(yōu)工藝參數(shù)條件為初始pH小于9.0,電解質(zhì)Na2SO4濃度為10g·L~(-1),電流密度為15 mA·cm-2;最優(yōu)操作參數(shù)為電極轉(zhuǎn)速為100 rpm,廢水循環(huán)量為60 L·h~(-1)。同時(shí)在最優(yōu)參數(shù)條件下考察了初始濃度為50 mg-L~(-1)的模擬苯酚廢水降解前后的可生化性(B/C),結(jié)果表明,降解120 min后,其生化性得到大幅度提高。(4)分析了沿MRE-PFER由向的苯酚濃度,并通過擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到廢水中苯酚濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系,獲知該反應(yīng)器苯酚的電化學(xué)氧化降解過程為速率常數(shù)等于0.01303 min~(-1)的一級(jí)反應(yīng)。比較了靜止電極和旋轉(zhuǎn)電極電化學(xué)反應(yīng)器的傳質(zhì)系數(shù),電極轉(zhuǎn)速為100 rpm時(shí),其傳質(zhì)系數(shù)約為1.611×1 0-5m·s~(-1),是電極靜止時(shí)的1.42倍,說明旋轉(zhuǎn)電極電化學(xué)反應(yīng)器的傳質(zhì)性能明顯高于傳統(tǒng)靜止電極反應(yīng)器。
【關(guān)鍵詞】：電化學(xué)反應(yīng)器 旋轉(zhuǎn)電極 流動(dòng)特性 苯酚廢水降解 傳質(zhì)性能
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X703;TQ150.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 符號(hào)說明17-19
• 第一章 文獻(xiàn)綜述19-31
• 1.1 有機(jī)廢水及其處理技術(shù)19-20
• 1.1.1 有機(jī)廢水來源及危害19
• 1.1.2 有機(jī)廢水處理技術(shù)19-20
• 1.2 電化學(xué)氧化法處理有機(jī)廢水20-23
• 1.2.1 電化學(xué)氧化法處理有機(jī)廢水的作用機(jī)理20-22
• 1.2.2 電化學(xué)氧化法處理有機(jī)廢水的應(yīng)用22-23
• 1.3 電化學(xué)氧化反應(yīng)器處理有機(jī)廢水的應(yīng)用研究及發(fā)展趨勢(shì)23-26
• 1.3.1 電化學(xué)氧化反應(yīng)器組成及分類23-24
• 1.3.2 管式電化學(xué)氧化反應(yīng)器及其在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用24-25
• 1.3.3 管式電化學(xué)反應(yīng)器的發(fā)展趨勢(shì)25-26
• 1.4 電化學(xué)氧化法處理有機(jī)廢水過程存在的問題26
• 1.5 電化學(xué)氧化過程的傳質(zhì)問題研究26-27
• 1.6 本文研究?jī)?nèi)容27-31
• 1.6.1 多級(jí)旋轉(zhuǎn)電極管式電化學(xué)反應(yīng)器的提出27-28
• 1.6.2 多級(jí)旋轉(zhuǎn)電極管式電化學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)28-29
• 1.6.3 研究?jī)?nèi)容29
• 1.6.4 課題的創(chuàng)新性29-31
• 第二章 MRE-PFER電極材料及參數(shù)預(yù)選31-41
• 2.1 實(shí)驗(yàn)體系及實(shí)驗(yàn)裝置31-32
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及材料31
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)體系的選擇及模擬含酚廢水的配制31-32
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)裝置32
• 2.2 儀器及分析方法32-34
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器32-33
• 2.2.2 分析方法33-34
• 2.3 電極幾何結(jié)構(gòu)及材料優(yōu)選34-37
• 2.3.1 平板狀和網(wǎng)狀電極的優(yōu)選34
• 2.3.2 電極表面涂層材料的選擇34-36
• 2.3.3 陰極材料的選擇36
• 2.3.4 電極間距的確定36-37
• 2.4 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)苯酚去除率的影響37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-41
• 第三章 MRE-PFER的設(shè)計(jì)制造及停留時(shí)間分布測(cè)定41-61
• 3.1 MRE-PFER的設(shè)計(jì)制造41
• 3.2 停留時(shí)間分布的描述及模型參數(shù)41-45
• 3.2.1 定量描述42-43
• 3.2.2 反應(yīng)器的流動(dòng)模型43-45
• 3.3 停留時(shí)間分布的測(cè)定及實(shí)驗(yàn)流程45-49
• 3.3.1 測(cè)定方法及原理45-47
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)流程47-49
• 3.4 不同參數(shù)下的停留時(shí)間分布49-60
• 3.4.1 反應(yīng)器安裝方式對(duì)停留時(shí)間分布的影響49-51
• 3.4.2 進(jìn)料方式對(duì)停留時(shí)間分布的影響51-53
• 3.4.3 進(jìn)料量對(duì)停留時(shí)間分布的影響53-56
• 3.4.4 電極轉(zhuǎn)速對(duì)停留時(shí)間分布的影響56-60
• 3.5 本章小結(jié)60-61
• 第四章 MRE-PFER降解模擬苯酚廢水的應(yīng)用研究61-77
• 4.1 實(shí)驗(yàn)體系及分析方法61-63
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)體系61
• 4.1.2 分析方法61-63
• 4.2 實(shí)驗(yàn)裝置63
• 4.3 工藝參數(shù)對(duì)苯酚去除率的影響63-69
• 4.3.1 初始pH值64-65
• 4.3.2 Na_2SO_4的質(zhì)量濃度65-66
• 4.3.3 電流密度66-67
• 4.3.4 苯酚初始質(zhì)量濃度67-69
• 4.4 操作參數(shù)對(duì)苯酚去除率的影響69-73
• 4.4.1 安裝方式69-70
• 4.4.2 進(jìn)料方式70
• 4.4.3 循環(huán)量對(duì)苯酚去除率的影響70-71
• 4.4.4 電極轉(zhuǎn)速對(duì)苯酚去除率的影響71-73
• 4.5 模擬苯酚廢水降解前后可生化性評(píng)價(jià)73-74
• 4.6 苯酚軸向濃度分布74-75
• 4.7 MRE-PFER傳質(zhì)性能研究75-76
• 4.8 本章小結(jié)76-77
• 第五章 結(jié)論與建議77-79
• 5.1 結(jié)論77
• 5.2 建議77-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 致謝85-87
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文87-89
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介89-91
• 北京化工大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會(huì)決議書91-92

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：658909