电解法处理氯丁橡胶生产废水的作用及处理机理分析

电解法处理氯丁橡胶生产废水的作用及处理机理分析

氯丁橡胶生产过程中会产生大量的有机废水。 该废水成分复杂，含有大量氯丁二烯等有机物。 它具有剧毒、生物降解性差且难以治疗。 近年来，电解法已广泛用于处理此类有机废水。 在处理过程中，废水中的有机物通过阳极氧化和阴极还原反应被降解。 该方法反应条件温和，设备简单，但能耗较高。 已有利用电解处理含氯苯、丙烯酸酯、氨氮等有机废水的研究，均取得了一定的处理效果。 但其处理氯丁橡胶生产废水的报道较少。

本文采用电解法处理氯丁橡胶生产废水。 为了提高废水处理效果，研究了添加Fe/Al双金属对废水电解处理的效果。 由于金属铁和铝也常用于有机废水处理，还原铁粉和铝粉组成的Fe/Al双金属可以通过腐蚀形成的微电解过程还原降解有机物，但其腐蚀反应速度较慢并且其催化活性较差。 经检测，短时间内对废水中的有机物没有处理效果。 认为Fe/Al双金属的添加会提高其在电场作用下的反应速度和催化活性，且操作过程简单。 若能与电解废水处理耦合，可辅助电解废水处理。 结果表明，添加Fe/Al双金属可以辅助电解处理废水，提高COD去除率和处理效率。 实验考察了各反应条件对废水处理效果的影响，并分析了废水处理机理。

1 实验部分

1.1 废水水质

试验所用氯丁橡胶生产废水取自重庆某化工企业。 废水颜色为棕褐色，COD约为33 000 mg/L，pH为7.5，电导率为1.35×104 μS/cm，可生化性较差。

1.2 试剂和仪器

还原铁粉、铝粉：粒度0.05~0.5毫米，分析纯； 重铬酸钾、硫酸亚铁胺、硫酸银、硫酸汞：分析纯。 TU-1901双光束紫外可见分光光度计； 气相色谱仪； 直流稳压、恒流电源； PHS-25精密pH计； DDS-11A数字电导率仪。

1.3 测试方法

取100 mL氯丁橡胶生产废水于400 mL烧杯中，用1:1（体积比）硫酸调节废水pH至特定值，启动磁力搅拌器，控制其转速约500 r/分钟。 添加铁/铝双金属。 经优化试验，Fe/Al双金属的添加量为还原铁粉0.2g、铝粉0.1g。 试验前需在废水中吸附饱和，然后添加到试验废水中。 采用石墨作为阳极，分别采用铁、四元合金、铜和石墨作为阴极。 电极板的有效面积约为4cm2，间距为4cm。 测试前，将相应的电极清洗干净，放入废水中吸附饱和，然后开始电解测试。 反应完成后，过滤后测定COD等指标。

1.4 分析方法

气相色谱（GC）用于检测废水处理前后的有机物。 色谱柱温度140℃，气化室温度160℃，检测器温度200℃。 紫外光谱（UV）用于分析废水中有机物的结构变化。 使用蒸馏水作为溶剂； 使用PHS-25精密pH计测量pH； 采用DDS-11A数字电导率仪测量电导率； 废水COD测定采用重铬酸盐法（GB 11914-89）。

COD去除率=（废水初始COD-处理后水溶液COD）/含氯有机废水初始COD×100%。

2 结果与讨论

2.1 阴极电极材料对处理效果的影响

当电解时间为60分钟，不调节废水pH，不添加Fe/Al双金属，以石墨为阳极，以铁、四元合金、铜、石墨为阴极时，对阴极材料对废水COD去除率的影响如图1所示。

从图1可以看出，采用铁作为阴极时，废水处理效果优于四元合金、铜和石墨电极。 随着电流密度的增加，COD去除率增加。 电解过程中，废水中的有机物在阳极逐渐被氧化，在阴极发生还原脱氯等降解反应，产生易被阳极氧化分解的中间产物。 有机物（以氯丁二烯为例）在电极上的降解过程如图2所示。由于有机物在铁电极上还原脱氯等降解反应的催化活性良好，且其析氢过电位铁电极较高，产生2H++2e→H2等副反应较少，有利于阴极形成H+和H2O。 电子产生强还原性的H·。 从图2中可以看出，强还原性的H·可以攻击有机物，导致C-Cl等化学键的断裂以及H的加成过程，因此当阴极为铁时处理效果更好电极。 增大电流密度后，电极电势增大，有利于阴极和阳极对有机物中难熔官能团的处理，以及溶液中强还原性H·、强氧化性OH·等颗粒的传质速率。反应体系变大，可以加快有机物的降解速度，从而COD去除率提高。 当电流密度增加到0.5 A/cm2时，COD去除率的增加幅度减小。 因此，从能耗角度考虑，在保证较好的废水处理效果的同时，最好采用0.5A/cm2的电流密度来处理废水。

2.2 Fe/Al双金属对处理效果的影响

为了探讨Fe/Al双金属的添加是否能够辅助电解处理氯丁橡胶生产废水，比较了添加铝粉、铁粉和Fe/Al双金属对废水处理效果的影响。 经优化试验，铁粉添加量为0.2 g，铝粉添加量为0.1 g，Fe/Al双金属添加量为0.2 g铁粉和0.1 g铝粉，当电解时间为60 min时，pH值在废水的水量不调节的情况下，以石墨为阳极，铁为阴极，Fe/Al双金属对废水COD去除率的影响如图3所示。

从图3可以看出，添加Fe/Al双金属对废水COD的去除率优于添加铁粉、铝粉和不添加Fe/Al双金属的废水。 仅采用电解法处理废水，表明添加Fe/Al双金属比电解法效果更好。 氯丁橡胶生产废水的处理可以提供帮助。 当电流密度较小时，添加Fe/Al双金属时与不添加时相比，COD去除率差异较小。 随着电流密度的增大，COD去除率差距变大，即Fe/Al双金属对废水处理的辅助效果越明显。 添加的Fe/Al双金属虽然是由普通还原铁粉和铝粉组成，但经测试短期内对废水中的有机物没有处理效果。 然而，Fe/Al双金属在电场作用下会快速腐蚀，产生强还原性的H·，反应式如下：

Fe+2H2O→Fe2++2H·+2OH-； (1)

Al+3H2O→Al3++3H·+3OH-。 (2)

由于Fe/Al双金属与反应槽的平板电极形成三维电极体系，因此Fe/Al双金属在电场作用下成为独立的三维电极。 其形成的微电解过程反应速度迅速增加，因此Fe/Al双金属在电场作用下可发生快速腐蚀，生成强还原性H·，对有机物进行还原脱氯等降解反应。废水中的物质。 降解过程（以氯丁二烯为例）如图4所示。随着电流密度的增大，Fe/Al双金属的腐蚀速率加快，对有机物的还原降解效果更加明显。 因此，添加Fe/Al双金属与不添加Fe/Al双金属之间COD去除率的差异增大。 因此，添加Fe/Al双金属可以与废水电解处理相结合，提高COD去除率和处理效率。

2.3 pH值对处理效果的影响

当电流密度为0.5 A/cm2、电解时间为60 min、石墨为阳极、铁为阴极时，溶液初始pH值对废水COD去除率的影响如图5所示。

从图5可以看出，在强酸或强碱条件下，COD去除率下降，不利于废水处理。 当pH=7.0时，废水处理效果较好。 添加Fe/Al双金属后，强酸性条件下COD去除率有所下降，但下降幅度较小。 这是因为强酸性条件有利于反应(1)和(2)的发生，并且Fe/Al双金属腐蚀产生的强还原性H增加，可以促进废水中有机物的还原和降解。 虽然该条件不利于废水的电解处理，但由于Fe/Al双金属对有机物的还原降解作用增强，COD去除率略有下降。 当在强碱性条件下添加Fe/Al双金属时，COD去除率迅速下降，表明该条件抑制了Fe/Al双金属对有机物的还原降解。 Fe/Al双金属腐蚀产生的Fe3+和Al3+在强碱性条件下会迅速形成沉淀物，阻碍还原降解反应。 沉淀反应式如下：

阳极：Fe2+→Fe3++e-； (3)

溶液中：Fe3++3OH-→Fe(OH)3； (4)

Al3++3OH-→Al(OH)3。 (5)

因此，pH=7.0时处理效果较好。 由于氯丁橡胶生产废水的pH值为7.5，废水处理时无需调节pH值。

2.4 电解时间对处理效果的影响

当电流密度为0.5 A/cm2，不调节废水pH，以石墨为阳极，铁为阴极时，电解时间对废水COD去除率的影响如图6所示。

从图6可以看出，废水COD去除率随着反应时间的增加而增加，添加Fe/Al双金属可以提高处理效率。

在反应的前40分钟内，COD去除率迅速增加。 原因是反应初期废水中有机物浓度较大，阴极、阳极和Fe/Al双金属表面的处理效率较高。 当反应进行到60分钟时，废水COD去除率的增幅减小。 由于有机物浓度逐渐降低，处理效率变低，因此COD去除率的增幅减小。 60分钟后，由于阴阳极板及Fe/Al双金属表面Al(OH)3、Fe(OH)3等沉积物的增多，Fe/Al双金属的量也逐渐减少。到腐蚀反应。 从而使阴极、阳极和Fe/Al双金属的活性降低，废水中有机物浓度进一步降低，因此COD去除率变化较小。 当添加Fe/Al双金属时，COD去除率的差异变得比不添加时更小。 因此，综合考虑废水COD去除率和能耗，最佳反应时间为60分钟左右。 当铁电极为阴极、电流密度为0.5 A/cm2、溶液初始pH为7.0、电解时间为60 min时，Fe/Al双金属辅助电解处理废水中COD的去除率氯丁橡胶生产废水率为77.7%。 ，不添加Fe/Al双金属时，废水COD去除率为70.6%。

3 反应机理分析

3.1 废水处理前后有机物的GC检测

对处理前后的氯丁橡胶生产废水进行气相色谱分析。 处理前后废水中有机物的GC图谱如图7所示。从图7可以看出，废水经过Fe/Al双金属辅助电解处理后，有机物的种类和含量大大提高。减少的同时，还产生少量新有机物，新有机物是处理过程中产生的中间产物。 这说明废水处理后，除少量有机物外，废水中的大部分有机物在Fe/Al双金属辅助电解处理过程中均可通过氧化还原降解去除。

3.2 废水处理前后有机物结构变化的紫外分析

对处理前后废水中的有机物进行紫外光谱分析得到的光谱如图8所示。从图8中可以看出，处理前废水中的有机物在194 nm波长处有较强的吸收带（吸收带 A）和 223 nm（吸收带 B）。 由于氯丁橡胶生产废水中含有氯丁二烯等有机物，其中的-Cl等助色团吸收能量，产生n→σ*跃迁，吸收峰波长在194 nm左右，与吸收带A一致。吸收带B是有机物中吸收能量产生π→π*跃迁的双键或共轭双键发色团（丁二烯等），其吸收峰值波长在223 nm左右。 处理后废水中的有机物在波长211 nm处有吸收带C。 其吸光度明显减弱，吸收峰向短波长方向移动。 这说明有机物中的大部分发色团（丁二烯等）逐渐被氧化，分解为低分子物质和少量中间产物。 原始有机物中的助色团（-Cl等）通过大量的还原和降解而被去除。 因此，吸收峰向短波长方向移动。

综上所述，从GC和UV检测分析结果可以看出，氯丁橡胶生产废水经过Fe/Al双金属辅助电解处理过程中的氧化还原降解，可以去除其中的大部分有机物。 废水处理过程中，有机物在阳极逐渐氧化分解为CO2、H2O等低分子物质和少量中间产物。 -Cl 等基团通过阴极和 Fe/Al 双金属表面的还原和降解而被去除。 详细内容请参考更多相关技术文档。

4。结论

采用电解法处理氯丁橡胶生产废水。 Fe/Al双金属的添加可以提高电场作用下微电解过程的反应速度，对废水中的有机物进行还原脱氯等降解反应，辅助氯丁橡胶生产中的电解。 提高废水COD去除率和处理效率。 当以铁电极为阴极、电流密度为0.5 A/cm2、电解时间为60 min、溶液初始pH为7.0时，Fe/Al双金属辅助电解法对电解效果较好。废水处理，COD去除率77.7%。 为后续的生物处理提供了良好的条件。

氯丁橡胶生产废水中的大部分有机物在铁铝双金属辅助电解处理过程中可以被氧化还原降解。 废水处理过程中，有机物在阳极逐渐氧化分解为CO2、H2O等低分子物质和少量中间产物。 -Cl 等基团通过阴极和 Fe/Al 双金属表面的还原和降解而被去除。