接触辉光放电电解在阳离子染料废水中的应用

Posted 2023-01-14 阳离子染料

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摘要：利用接触辉光放电电解(CGDE)技术降解亚甲基蓝和甲基紫染料废水，探讨了工作电压、反应液pH值、辉光放电时间和电解质Na2SO4浓度对降解效果的影响。试验表明，利用该方法可以使水中阳离子染料完全降解。亚甲基蓝和甲基紫的优化降解条件均为：工作电压700V、pH值9、辉光放电时间45min、Na2SO4 用量2g/L。

关键词：染整；废水处理；阳离子染料；降解

O 前言

染料废水组分复杂、色度高，且物理和化学性质各不相同[1]，很难利用常规的化学或生物降解方法进行有效的处理，是重要的工业污染源之一。

接触辉光放电电解(CGDE)技术是一种新型的产生液相等离子体的电化学方法。CGDE兼具等离子体化学和电化学技术的优点[2’3]，其电解过程，不仅包括传统的法拉第电解，而且还包括非法拉第电解，是一类特殊的电化学过程。在电解过程中，随着工作电压的逐渐升高，通常的法拉第电解将转化为辉光放电电解(非法拉第电解)，并且产生大量高能活性粒子(等离子体)。因此，接触辉光放电电解也可以理解为一种产生等离子体的反应过程[4-5]。等离子体在溶液中与水分子反应生成羟基自由基，而后者极易与有机分子发生氧化反应，破坏有机分子结构。基于该原理，利用接触辉光放电电解技术分别处理亚甲基蓝和甲基紫模拟阳离子印染废水，并采用正交试验，研究辉光放电电解中各反应因素对染料降解率的影响。

1 试验

1．1 试剂与仪器

试剂亚甲基蓝MB、甲基紫MV(均为指示级)；硫酸钠、氢氧化钠、硫酸(均为分析纯)MV；溶液采用二次蒸馏水配制。

仪器 uV-3400紫外可见分光光度计(日本岛津)；722型可见光分光光度计(上海第三分析仪器厂)；PH一3C型pH计(上海日岛)；DL一180超声波清洗器(浙江海天电子仪器厂)。

反应装置反应装置包括一个高压电源DH1722-6(北京大华仪器厂)、反应器(自制，见图1)和磁力搅拌器等。高压电源可以提供稳定的直流电压，可调范围为0～1000V，电流范围为0～300 mA。阳极采用铂丝(直径D=0．5mil1)，封闭在石英玻璃管内；阴极采用石墨棒(直径D=10mm)。反应器外加冷凝水循环装置，以保持反应体系温度不变。通过磁力搅拌器使反应液充分混合，同时调节搅拌器的转速以及支持电解质的浓度，控制反应体系的电流变化范围在0～300 mA。

1．2 试验方法

将亚甲基蓝、甲基紫分别配制成200 mg／L水溶液，根据试验需要，移取合适的量。将阴阳极用超声波中活化5 min，除去电极表面的有机污染物。辉光放电一定时间后，在亚甲基蓝、甲基紫的最大吸收波长处测定吸光度值的变化，求得两种染料的降解率(η)。

2 结果与讨论

2．1 cGDE对亚甲基蓝和甲基紫降解的有效性

试验表明，在中性条件下，亚甲基蓝和甲基紫都能得到有效的降解(图2)。这是由于接触辉光放电过程中产生的高能粒子(高能电子、自由基等)与阳离子染料进行有效碰撞，并破坏其分子结构。从图2看出，降解时间是影响接触辉光放电降解效果的主要因素。

2．2 正交试验结果

正交试验结果如表2所示，Rj(j=A～D)为第j列的极差。

表2正交试验中，对亚甲基蓝降解率的作用大小顺序为C>D>A>B，即辉光放电时间是影响亚甲基蓝降解率的主要因素。相同条件下，对甲基紫降解率的作用大小顺序为B>D>A>C，即反应液的初始pH值是影响降解的主要因素。

因此，降解亚甲基蓝和甲基紫的优化条件均为A3B1C3D3，即工作电压700 V、pH值9、辉光放电时间45 min、Na2SO4用量为2 g／L。

试验结果表明，利用CGDE降解阳离子染料时，不考虑染料初始浓度以及催化剂的影响。在酸碱溶液中存在形态稳定的染料，如亚甲基蓝等，改变反应液pH值对降解率无大影响。在碱性介质中，其降解率有所增加。而在酸碱介质中存在形态不稳定的染料，如甲基紫等，提高反应液初始pH值，可使染料分子迅速得到有效降解。

3 结论

接触辉光放电电解(CGDE)技术作为一种新型的氧化降解方法，已初步应用于有机污染物的处理中。试验结果表明，通过优化选择反应条件，可使有机污染物降解完全。

参考文献(略)来源：高锦章，郭晓，张文皓，马东平，王爱香