專利名稱：一種含2－氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含2-氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理方法。
背景技術(shù)：
氯酚、氯苯、氯烷烴、氯烯烴等含氯有機(jī)物在化工、石化、農(nóng)藥等生產(chǎn)中廣泛使用，并以氣態(tài)、液態(tài)等形式排放至環(huán)境，產(chǎn)生“三致效應(yīng)”。電、光、聲、磁等高級(jí)氧化技術(shù)因具有良好的環(huán)境兼容性，被稱為是一類“環(huán)境友好”技術(shù)(Environmental friendly technology)，為含氯有機(jī)物的污染控制提供了廣闊的前景，相關(guān)的研究和應(yīng)用已引起國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注，特別是聯(lián)用氧化技術(shù)可以形成協(xié)同效應(yīng)，代表了高級(jí)氧化技術(shù)在此領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
2-氯酚是一類對(duì)人體有毒害作用的污染物，廣泛存在于多種工業(yè)廢水之中，被列為重點(diǎn)控制污染物類。由于其本身苯環(huán)結(jié)構(gòu)和氯代原子的存在而具有很強(qiáng)的毒性和抗降解能力，2-氯酚在天然界不易被氧化和水解，相反，易通過(guò)食物鏈在動(dòng)植物體內(nèi)富積，對(duì)人體及動(dòng)物產(chǎn)生致癌、致突變和致畸效應(yīng)。
目前應(yīng)用于含2-氯酚廢水的處理主要有物理法、化學(xué)氧化法以及生物氧化法。其中物理法只適用于高濃度2-氯酚的回收；化學(xué)氧化法要在添加氧化劑和催化劑的作用下進(jìn)行，如濕式氧化、光催化氧化、臭氧氧化、Fenton氧化等，將2-氯酚氧化為2-氯-對(duì)苯二酚、2-氯-1，4-對(duì)苯醌、馬來(lái)酸、CO2等物質(zhì)；生物氧化法降解2-氯酚只適用于低濃度，且用普通活性污泥法不能獲得滿意的處理效果，必須使用高效生物反應(yīng)器。綜合上述分析，這些方法的主要缺點(diǎn)是需添加化學(xué)藥品，設(shè)備體積大、操作煩瑣及后處理復(fù)雜等。
同類技術(shù)如單獨(dú)采用電催化氧化處理2-氯酚廢水，60min后去除率約40％；單獨(dú)采用超聲波氧化處理2-氯酚廢水，60min后去除率約20％；光電聯(lián)合氧化處理2-氯酚廢水，60min后去除率能達(dá)70％以上；聲光聯(lián)合氧化處理2-氯酚廢水，60min后去除率能達(dá)80％以上。電催化氧化和超聲波氧化單獨(dú)處理2-氯酚廢水，效果均不佳，但兩者與光催化氧化聯(lián)合作用，均能提高2-氯酚的降解率，并產(chǎn)生協(xié)同作用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明則是為了提供一種基本無(wú)需添加化學(xué)藥品、操作簡(jiǎn)單、能有效去除廢水中2-氯酚的聲電聯(lián)合氧化處理方法。
為達(dá)到發(fā)明目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種含2-氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理方法，所述的方法是以Ti基PbO2電極為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，以含2-氯酚廢水為電解液，采用直流穩(wěn)流電源，在聲頻率20～80kHz、聲強(qiáng)20～30W/cm2的超聲波條件下進(jìn)行電解，以除去廢水中的2-氯酚。
本處理工藝的原理為電解和超聲過(guò)程中均形成的·OH基團(tuán)和H2O2均具有強(qiáng)氧化性，尤其是·OH基團(tuán)氧化電極電位高達(dá)2.80V，比O3(2.07V)高35％，氧化能力僅次于氟；另外，該基團(tuán)具有高電負(fù)性(親電性)，其電子親和能為569.3kJ，容易進(jìn)攻高電子云密度點(diǎn)。H2O2氧化電極電位1.76V。因此，·OH基團(tuán)和H2O2可以起到雙協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的深度氧化分解，進(jìn)而達(dá)到處理目的。
電解反應(yīng)為
陽(yáng)極表面，
陰極表面，
溶液中，
2-氯酚徹底氧化分解反應(yīng)為
。
本發(fā)明提供的帶活性層的Ti基PbO2催化電極。該電極可以在高電流密度下工作，電流密度可達(dá)30～50mA/cm2，即使在200mA/cm2電流密度下工作，鍍層損耗才略有增加。電極在60℃1mol/LH2SO4溶液中，陽(yáng)極放氧壽命可達(dá)45h。
超聲波作用在電極表面，能夠斷開(kāi)大分子鏈接，防止電極中毒，促進(jìn)陽(yáng)極直接氧化水分子、氫氧根離子以及有機(jī)物分子，從而提高電流效率；同時(shí)，由于受定向電場(chǎng)力的作用，帶電荷有機(jī)物解離反應(yīng)的復(fù)合以及超聲波分解的逆反應(yīng)能得到抑制，表現(xiàn)為聲電聯(lián)合協(xié)同作用。
所述電極也可為多塊為陽(yáng)極板與陰極板交替排列，兩端為陰極板，即陰極板比陽(yáng)極板多1塊。
優(yōu)選的，所述的電解反應(yīng)于板框式聚丙烯電解槽內(nèi)進(jìn)行。所述的電源的電流密度為20mA/cm2、槽電壓8V。
具體的，所述的方法如下采用板框式聚丙烯電解槽，以Ti基PbO2電極為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，陽(yáng)極板與陰極板交替排列，陽(yáng)極板1塊，陰極板2塊，采用直流穩(wěn)流電源，電流密度為20mA/cm2、槽電壓8V，超聲波置于電解槽底部，在聲頻率20～80kHz、聲強(qiáng)20～30W/cm2的超聲波條件下，以含2-氯酚廢水為電解液進(jìn)行電解，以除去廢水中的2-氯酚。
本發(fā)明所述的含2-氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理方法的有益效果主要體現(xiàn)在基本無(wú)需添加化學(xué)藥品，無(wú)攪拌系統(tǒng)，具有設(shè)備體積小、易操作及后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，具有十分重大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此實(shí)施例1實(shí)施方案和工作原理含2-氯酚200mg/L廢水的無(wú)攪拌、聲電聯(lián)合氧化處理工藝，采用聚丙烯板框式電解槽，以Ti基PbO2催化電極為陽(yáng)極，不銹鋼為陰極，聲氧化采用頻率20kHz的超聲波探頭，含2-氯酚的廢水為電解液，通過(guò)電解其中的水，在陽(yáng)極放電產(chǎn)生強(qiáng)氧化基團(tuán)——羥基自由基·OH、陰極得到電子產(chǎn)生H2O2，以及超聲波的空化作用下H2O2形成·OH，聲電協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)2-氯酚污染物的深度氧化分解，從而達(dá)到對(duì)含2-氯酚廢水聲電聯(lián)合氧化處理的目的；其中，陽(yáng)極板數(shù)1塊，陰極板數(shù)2塊，陽(yáng)極和陰極交替排列，電催化的電源采用直流穩(wěn)流電源，電流密度為20mA/cm2、槽電壓8V，超聲波置于電解槽底部，聲頻率20kHz，聲強(qiáng)20W/cm2，槽內(nèi)水力停留時(shí)間60min，廢水處理結(jié)果見(jiàn)表1，電解反應(yīng)為陽(yáng)極表面，
陰極表面，
溶液中，
2-氯酚徹底氧化分解反應(yīng)為
。
表1廢水處理結(jié)果 監(jiān)測(cè)方法2-氯酚采用國(guó)家環(huán)?？偩志幹摹端蛷U水監(jiān)測(cè)分析方法》中規(guī)定的液相色譜分析檢測(cè)方法。
表1結(jié)果表明，本發(fā)明聲電聯(lián)合氧化廢水處理工藝能有效處理含2-氯酚廢水，對(duì)2-氯酚的去除率為83.2％。
實(shí)施例2其它條件同上，聲頻率為80kHz，處理結(jié)果見(jiàn)表2，電解反應(yīng)為陽(yáng)極表面，
陰極表面，
溶液中，
2-氯酚徹底氧化分解反應(yīng)為
。
表2廢水處理結(jié)果 監(jiān)測(cè)方法同實(shí)施例1。
表2結(jié)果表明，超聲頻率增加有助于2-氯酚的去除，在80kHz條件下，本發(fā)明聲電聯(lián)合氧化廢水處理工藝對(duì)2-氯酚的去除率為96.0％。
實(shí)施例3實(shí)施方案和工作原理含2-氯酚99.4mg/L廢水，電流密度為20mA/cm2、槽電壓8V，超聲波置于電解槽底部，聲頻率40kHz，聲強(qiáng)20W/cm2，槽內(nèi)水力停留時(shí)間60min，廢水處理結(jié)果見(jiàn)表3，電解反應(yīng)為陽(yáng)極表面，
陰極表面，
溶液中，
2-氯酚徹底氧化分解反應(yīng)為
。
表3廢水處理結(jié)果
監(jiān)測(cè)方法同實(shí)施例1。
表3結(jié)果表明，在40kHz條件下，降低廢水2-氯酚初始濃度(99.4mg/L)，本發(fā)明聲電聯(lián)合氧化廢水處理工藝對(duì)2-氯酚的去除率為89.0％。
實(shí)施例4實(shí)施方案和工作原理含2-氯酚200mg/L廢水，電流密度為20mA/cm2、槽電壓8V，超聲波置于電解槽底部，聲頻率40kHz，聲強(qiáng)30W/cm2，槽內(nèi)水力停留時(shí)間60min，廢水處理結(jié)果見(jiàn)表4，電解反應(yīng)為陽(yáng)極表面，
陰極表面，
溶液中，
2-氯酚徹底氧化分解反應(yīng)為
。
表4廢水處理結(jié)果
監(jiān)測(cè)方法同實(shí)施例1。
表4結(jié)果表明，在40kHz條件下，提高聲強(qiáng)(30W/cm2)有助于2-氯酚的去除，本發(fā)明聲電聯(lián)合氧化廢水處理工藝對(duì)2-氯酚的去除率為91.5％。
實(shí)施例5實(shí)施方案和工作原理含2-氯酚99.4mg/L廢水，電流密度為20mA/cm2，超聲波置于電解槽底部，聲頻率40kHz，聲強(qiáng)30W/cm2，槽內(nèi)水力停留時(shí)間60min，廢水處理結(jié)果見(jiàn)表5，電解反應(yīng)為陽(yáng)極表面，
陰極表面，
溶液中，
2-氯酚徹底氧化分解反應(yīng)為
。
表5廢水處理結(jié)果
監(jiān)測(cè)方法同實(shí)施例1。
表5結(jié)果表明，在40kHz條件下，降低2-氯酚初始濃度(99.4mg/L)，本發(fā)明聲電聯(lián)合氧化廢水處理工藝對(duì)2-氯酚的去除率為94.3％。
綜上所述，本發(fā)明聲電聯(lián)合氧化廢水處理工藝能有效處理含2-氯酚廢水。在板框式聚丙烯電解槽內(nèi)，以Ti基PbO2電極為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，陽(yáng)極和陰極交錯(cuò)排列，兩端為陰極板，采用直流穩(wěn)流電源，電流密度為20mA/cm2、槽電壓8V，超聲波置于電解槽底部，聲頻率20～80kHz，聲強(qiáng)20～30W/cm2，水力停留時(shí)間60min條件下，本發(fā)明含2-氯酚廢水(濃度小于200mg/L)的聲電聯(lián)合氧化處理方法對(duì)2-氯酚去除率達(dá)到83.2～96.0％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的含2-氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理工藝基本無(wú)需添加化學(xué)藥品，無(wú)攪拌系統(tǒng)，具有設(shè)備體積小、易操作及后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，具有十分重大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景。
權(quán)利要求
1.一種含2-氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理方法，其特征在于所述的方法是以Ti基PbO2電極為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，以含2-氯酚廢水為電解液，采用直流穩(wěn)流電源，在聲頻率20～80kHz、聲強(qiáng)20～30W/cm2的超聲波條件下進(jìn)行電解，以除去廢水中的2-氯酚。
2.如權(quán)利要求1所述的含2-氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理方法，其特征在于所述電極為陽(yáng)極板與陰極板交替排列，兩端為陰極板。
3.如權(quán)利要求1或2所述的含2-氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理方法，其特征在于所述的電解反應(yīng)于板框式聚丙烯電解槽內(nèi)進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求1或2所述的含2-氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理方法，其特征在于所述的極板的電流密度為20mA/cm2、槽電壓8V。
5.如權(quán)利要求1所述的含2-氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理方法，其特征在于所述的方法如下采用板框式聚丙烯電解槽，以Ti基PbO2電極為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，陽(yáng)極板與陰極板交替排列，陽(yáng)極板1塊，陰極板2塊，采用直流穩(wěn)流電源，電流密度為20mA/cm2、槽電壓8V；超聲波置于電解槽底部，在聲頻率20～80kHz、聲強(qiáng)20～30W/cm2的超聲波條件下，以含2-氯酚廢水為電解液進(jìn)行電解，以除去廢水中的2-氯酚。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種含2－氯酚廢水的聲電聯(lián)合氧化處理方法，所述的方法是以Ti基PbO
文檔編號(hào)C02F101/34GK1792842SQ20051006175
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者王家德, 陳建孟, 陳霞, 章黎筍 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)