本文關(guān)鍵詞： 電芬頓 陰極 陽極 非均相催化劑 制藥廢水　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：制藥廢水具有可生化性差、體量大和有機(jī)物濃度高等特點(diǎn),傳統(tǒng)的水處理技術(shù)不能有效地將其中的難降解有機(jī)物去除。近年來,非均相電芬頓技術(shù)由于具有氧化能力強(qiáng)、無選擇性氧化和處理效率高等特點(diǎn),受到了廣泛關(guān)注。本論文以非均相電芬頓技術(shù)為基礎(chǔ),首先以羅丹明B(RhB)溶液為模擬廢水,從陰極、陽極和非均相催化劑三個(gè)角度展開研究。最后利用自制的非均相電芬頓體系降解真實(shí)的制藥廢水,并利用響應(yīng)面法對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化。旨在提升非均相電芬頓體系的處理效率,幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)"零排放"的目標(biāo)。具體摘要如下:為了制備電芬頓體系的陰極,比較了三種陰極材料:石墨氈(GF)、石墨片(graphite sheet)和熱解石墨片(pyrolytic graphite sheet)的電化學(xué)性能和降解性能,確定石墨氈為最優(yōu)的陰極材料。分別用燒結(jié)法和電沉積法對(duì)石墨氈進(jìn)行修飾,通過降解RhB模擬廢水和進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn),本論文認(rèn)為聚四氟乙烯-碳黑燒結(jié)法(PTFE-CB)制備的陰極具有最優(yōu)良的降解性能和電催化性能。然后利用SEM、BET和接觸角等方式對(duì)PTFE-CB的表面特性進(jìn)行了表征,對(duì)PTFE-CB的連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行了考察。最后,通過GC-MS分析RhB模擬廢水降解的中間產(chǎn)物提出了一條分解路線圖。為了提升陽極的性能,并降低其成本。制備了鈦基二氧化鉛陽極(PbO2-Ti)和鈦基錫銻氧化物陽極(SnO2/Sb-Ti),并對(duì)非均相電化學(xué)體系的工藝條件進(jìn)行了研究。通過線性掃描伏安曲線(LSV)、循環(huán)伏安曲線(CV)、塔菲爾曲線(Tafel)和交流阻抗圖譜(EIS)對(duì)幾種陽極(PbO2-Ti、SnO2/Sb-Ti、Pt和Ti)的分析可知PbO2-Ti具有最高的導(dǎo)電性和電催化活性。通過表面形貌分析測(cè)試發(fā)現(xiàn)PbO2-Ti具有較平整的表面。接著利用PbO2-Ti對(duì)電解質(zhì)類型、電流密度進(jìn)行了研究,最后通過加速壽命實(shí)驗(yàn)證明PbO2-Ti具有良好的穩(wěn)定性(實(shí)際壽命約4000h)。為了制備合適的非均相電芬頓催化劑,首先選用Fe-C、零價(jià)鐵、海綿鐵、黃鐵礦、釩鈦磁鐵礦和磁鐵礦作為非均相電芬頓催化劑來降解20 mg/L的RhB溶液,發(fā)現(xiàn)Fe-C、零價(jià)鐵和海綿鐵三種催化劑具有比較好的催化效果。隨后利用XRD、EDX和SEM對(duì)三種催化劑的物相、表面元素和形貌進(jìn)行了研究,結(jié)果表明三種催化劑的主要成分為Fe,并含有少量其他元素。分析三種催化劑對(duì)RhB溶液降解過程中的鐵浸出量,可得海綿鐵具有最好的穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提升海綿鐵的穩(wěn)定性,在其表面修飾了PTFE。這種方式可對(duì)鐵起到緩釋的作用,同時(shí)也提高了 RhB處理效率。最后對(duì)工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化,并證明了修飾后的海綿鐵具有較高的穩(wěn)定性。為了驗(yàn)證自制的非均相電芬頓體系對(duì)真實(shí)制藥廢水的處理效果,采用自制的非均相電芬頓體系對(duì)華北制藥公司的制藥廢水進(jìn)行處理。首先應(yīng)用正交試驗(yàn)和響應(yīng)面分析法對(duì)催化劑量、電流密度、pH和降解時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化,并提出了 COD的去除率與各項(xiàng)參數(shù)之間的二次多項(xiàng)式回歸模型。各因素對(duì)COD去除率的影響由大到小的順序?yàn)闀r(shí)間電流密度催化劑量pH。在電流密度50A/m2,催化劑量0.5g/L,pH為中性的條件下處理100 min,制藥廢水的COD的去除率可達(dá)到80%以上。建立了電芬頓處理制藥廢水的關(guān)于COD去除率的一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程,結(jié)果表明制藥廢水COD的去除率基本符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征。通過GC-MS分析處理前后制藥廢水中有機(jī)物含量可知,經(jīng)過非均相電芬頓的降解,大部分有機(jī)物可被去除。
[Abstract]:Pharmaceutical wastewater has poor biodegradability, high volume and high concentration of organic matter, the traditional water treatment technology can not effectively remove the refractory organics. In recent years, the heterogeneous Fenton electric technology has strong oxidation, no selective oxidation and higher processing efficiency, this has attracted widespread attention. Based on the heterogeneous Fenton electric technology as the foundation, the Luo Danming B (RhB) solution as simulated wastewater from the cathode, anode and three angles of homogeneous catalyst is studied. Finally, the heterogeneous degradation of pharmaceutical wastewater by electro Fenton system of real self, and the use of the experimental conditions were optimized by response in order to improve the efficiency of processing surface method. Heterogeneous electro Fenton system, help the enterprise to realize the target of "zero emissions". The specific as follows: in order to prepare cathode electro Fenton system, compares the three kinds of cathode materials: graphite felt (GF), stone Ink film (graphite sheet) and graphite (pyrolytic graphite sheet) film electrochemical properties and degradation properties, determine the graphite felt as cathode material. The optimal of graphite felt modified by sintering method and electrodeposition method, and electrochemical experiments through the degradation of RhB wastewater, this paper believes that the PTFE - carbon sintering method for preparing cathode (PTFE-CB) has excellent biodegradability and electrocatalytic properties. Then using SEM, BET and contact angle of the surface properties of PTFE-CB were characterized by the continuous operation stability of PTFE-CB were investigated. Finally, through the GC-MS analysis of the intermediate product of RhB degradation is proposed a decomposition map. In order to improve the anode performance, and reduce the cost. Two titanium based lead dioxide anode was prepared (PbO2-Ti) and titanium based anode tin antimony oxide (SnO2/Sb-Ti), and the heterogeneous power The process conditions of chemical system was studied. By linear sweep voltammetry (LSV), cyclic voltammetry (CV), Tafel curve (Tafel) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of the anode (PbO2-Ti, SnO2/Sb-Ti, Pt and Ti) analysis shows that PbO2-Ti has the highest conductivity and electrocatalytic activity through. The analysis of surface morphology test found that PbO2-Ti has a smooth surface. Then using the PbO2-Ti of electrolyte type, current density are studied, finally through the accelerated life experiments show that PbO2-Ti has good stability (the actual life of about 4000H). In order to heterogeneous electric Fenton catalyst preparation right, first choose Fe-C, zero valent iron sponge. Iron, pyrite, magnetite and titanomagnetite as heterogeneous RhB solution, Fenton catalyst to degrade 20 mg/L Fe-C, zero valent iron and sponge iron three catalyst has better catalytic effect with. After using XRD, EDX and SEM of three kinds of catalysts, elements and surface morphology were studied. The results show that the main components of the three catalysts for Fe, and contains a small amount of other elements. Analysis of three kinds of catalysts on the iron leaching amount of RhB solution in the degradation process, can get out of sponge iron has the best stability in order to further enhance the stability of sponge iron, coated on the surface of PTFE. in this way can be sustained release effect on iron, but also improve the processing efficiency of RhB. Finally, the process conditions were optimized, and it is proved that the sponge iron modified with higher stability. In order to verify the self-made heterogeneous electric Fenton of the real system of pharmaceutical wastewater treatment effect, using the self-made heterogeneous electro Fenton system for pharmaceutical wastewater in North China pharmaceutical company. Firstly, the application of orthogonal experiment and the response surface analysis of the amount of catalyst, the electric current. The degree of pH, and degradation time were optimized, and put forward the parameters and the removal rate of COD regression model of two order polynomial. The factors affecting the removal efficiency of COD from large to small order of the time the amount of catalyst pH. in current density, current density 50A/m2, the amount of catalyst 0.5g/L, pH 100 min neutral under the condition of the pharmaceutical wastewater COD removal rate can reach more than 80%. The Fenton pharmaceutical wastewater treatment on the kinetic equation of COD removal rate, results show that the pharmaceutical wastewater COD removal rate basically conforms to the first-order reaction kinetic characteristics. Through the analysis of GC-MS organic matter content before and after the treatment of pharmaceutical wastewater after degradation, heterogeneous electric Fenton, most of the organic material can be removed.

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X787

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本文編號(hào)：1473092