偶氮染料废水电解优化处理研究

王向宁

（邢台市环境监测站河北邢台054000）

偶氮染料废水电解优化处理研究

王向宁

（邢台市环境监测站河北邢台054000）

本研究以具有典型偶氮结构的单偶氮染料酸性橙Ⅱ为研究对象，以电解技术为核心，开展电解工艺的优化强化处理难降解偶氮染料的系统性研究，达到电解工艺参数的优化及强化电化学方法降解难降解有机物的目的，促进和改善该技术在实际中的应用。

电化学；酸性橙Ⅱ；优化

1　前言

染料废水具有成分复杂，排放量大，难于生物降解等特点，直接危害着环境和人类的健康，成为环境重要污染源之一[1]。处理染料废水的方法主要有物理法、化学法、生物法[2]及这些方法的组合。目前电化学技术作为一种环境友好技术，在含染料废水处理领域，已成为一类具有竞争力的废水处理方法，与其它水处理技术相比，具有无需或少量投加化学药，不产生二次污染，后处理简单，占地面积小，管理方便等优点[3]。

本研究以典型难处理物偶氮染料酸性橙Ⅱ为模型化合物，以电解技术为核心，开展电解工艺的优化强化处理，促进和改善该技术在实际中的应用。

2　实验部分

2.1实验装置

由恒电位仪、电解槽和电极组成。电解槽为有机玻璃圆柱形反应器，直径为5cm，高为7cm，体积为50mL，两电极均为铂电极，形状大小一致，面积为2cm2。

2.2实验方法

配制系列浓度的酸性橙Ⅱ电解溶液，以Na2SO4为电解质，调节溶液的pH值，反应体积为50mL，在不同的电解条件下配制不同浓度的染料溶液，通过调节磁力搅拌器进行搅拌，调节不同电流密度，每隔0.5h取样测溶液的吸光度，并记录数据。

2.3酸性橙Ⅱ特性

偶氮染料酸性橙Ⅱ电解液呈橙黄色，分子结构见图1。

图1　酸性橙Ⅱ的分子结构

3　结果与讨论

3.1电解时间的影响

酸性橙Ⅱ溶液的浓度20mg/L，溶液体积50mL，电解质(Na2SO4)浓度0.1mol/L，极板间距为30mm，以脱色率为评价指标，不同电解时间对染料脱色影响，见图2。

图2　电解不同时间对染料的降解脱色曲线

结果表明，最佳电解时间为3h。

3.2极板间距的影响

酸性橙Ⅱ溶液浓度为20mg/L，电流密度为50mA/cm2，溶液体积为50mL，电解质(Na2SO4)浓度为0.1mol/L，电解时间为3h，以脱色率为评价指标，不同极板间距对染料脱色的情况，见图3。

图3　不同极板间距对染料降解脱色曲线

结果表明，30mm为最佳的电解极板间距。

3.3电流密度的影响

酸性橙Ⅱ溶液浓度为20mg/L，溶液体积为50mL，电解质(Na2SO4)浓度为0.1mol/L，极板间距为30mm，电解时间为3h，不同电流密度(J)对染料酸性橙Ⅱ脱色情况，见图4。

图4　不同电流密度对染料降解脱色的影响曲线

结果表明：最佳电流密度为50mA/cm2。

3.4电解质浓度的影响

以Na2SO4为电解质的电化学体系中，在染料酸性橙Ⅱ溶液浓度为20mg/L，溶液体积为50mL，电流密度为50mA/cm2，极板间距为30mm，电解时间为3h的条件下，以脱色率和耗电量为评价指标，不同电解质浓度对染料脱色情况，见图5。

图5　不同电解质浓度对染料降解脱色的影响曲线

结果表明：电解质浓度为0.1mol/L为最佳条件。

3.5染料的初始浓度的影响

电流密度为50mA/cm2，溶液体积为50mL，电解质(Na2SO4)浓度为0.1mol/L，极板间距为30mm，电解时间为3h，不同染料初始浓度的脱色情况见图6。

图6　不同初始染料浓度的降解脱色曲线

结果表明：不同初始染料浓度在相同电解条件下降解脱色率没太大变化，结合实际，本实验采用的染料酸性橙Ⅱ浓度为20mg/L。

3.6酸性橙Ⅱ降解的动力学曲线

酸性橙Ⅱ溶液浓度为20mg/L，电解质(Na2SO4)的浓度为0.1mol/L，溶液体积为50mL，极板间距为30mm，电解时间为3h，不同电流密度下染料酸性橙Ⅱ浓度与时间的关系进行动力学曲线拟合，如图7所示。

图7　不同电流密度对染料降解脱色的动力学拟合曲线

综上，随着电流密度的增加，染料降解符合一级动力学方程。

4　结语

（1）电化学降解酸性橙Ⅱ的最佳条件为实验在酸性橙Ⅱ浓度20mg/L，溶液体积为50mL，电流密度45mA/cm2~60mA/cm2，电极极板间距为30mm，电解质浓度范围为0.05mol/L~0.1mol/L，酸性橙Ⅱ的去除率达到87.01%。（2）以Na2SO4做电解质体系中，在不同电流密度条件下染料降解符合一级动力学模型，并且随着电流密度的增加，反应速率常数增大。

[1]E.GILEADI.Electrode Kinetics for Chemists,Chemical Engineering andMaterialsScientists.NewYork:VCHPublishers,1993.

[2]杨惠芳.水污染防治及城市污水资源化技术.北京:科学出版社, 1993:42-49.

[3]冯玉杰.电化学技术在环境工程中的应用.北京:化学工业出版社,2002.