2017 年公开的镀铬废水处理方法：二氧化钛阳极与石墨阴极的电解催化反应

2017 年公开的镀铬废水处理方法：二氧化钛阳极与石墨阴极的电解催化反应

申请日期：2017.02.15

公佈（公告）日期：2017.05.31

IPC分类编号C02F1/461; /22; /10; /16

概括

本申请公开了一种同时氧化次磷酸盐和还原镀铬废水中六价铬的方法，该方法包括将含有添加剂的镀铬废水在电解池中进行电解催化反应；电解池的阳极材料为二氧化钛；电解池的阴极材料为石墨。本发明所示的方法以二氧化钛电极为阳极，以氮化碳负载石墨电极为阴极。反应过程中，电解池阴极侧的电极反应为：H2O‑2e‑=H2O2+2H+生成H2O2，阴极生成的H2O2将镀铬废水中的六价铬离子还原为三价铬离子。 还原过程中的中间产物五价铬离子可以催化H2O2生成·OH，·OH又将次磷酸根离子氧化为正磷酸根离子，从而达到同时还原六价铬离子和氧化次磷酸根离子的目的。

索赔

1.一种同时去除镀铬废水中次磷酸根离子和六价铬的方法，其特征在于：将含有添加剂的镀铬废水在电解池中进行电解催化反应；

电解池的阳极材料为二氧化钛；

电解池的阴极由石墨制成。

2.根据权利要求1所述的方法，其中电解池的阴极是可旋转电极。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：旋转电极的旋转速度控制在-。

根据权利要求1所述的方法，其中阴极的表面负载有氮化碳。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述添加剂为柠檬酸铵和柠檬酸缓冲液。

6.根据权利要求1所述的方法，其中含有添加剂的镀铬废水的pH值范围控制为3-5。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电解催化反应的电流密度控制在1mA/cm2-100mA/cm2。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：控制阳极与阴极之间的距离为1cm-5cm。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电催化反应的电解时间控制在10min内。

手动的

一种同时氧化次磷酸盐并还原镀铬废水中六价铬的方法

技术领域

本发明涉及环境工程水处理技术领域，具体涉及一种同时氧化次磷酸盐并还原镀铬废水中六价铬的方法。

背景技术

次磷酸根离子因其毒性小、还原性强等特点，在化学镀铬工艺中得到广泛的应用。通常化学镀铬工艺排出的镀槽废水中次磷酸根离子浓度高达100μL，次磷酸根离子进入人体后，会影响钙的吸收。另外，镀铬废水中含有大量高浓度的六价铬离子。六价铬离子是我国“十二五”期间重点防治的五大重金属污染物之一，其毒性比三价铬离子高100倍，对环境和人体健康危害极大。因此，必须对镀铬废水进行妥善处理，严格控制镀铬废水中次磷酸根离子和六价铬离子的含量。

由于镀铬废水中往往同时含有六价铬离子和次磷酸根离子。因此，将六价铬离子还原为三价铬离子和将次磷酸根离子氧化为正磷酸根离子是去除镀铬废水中六价铬离子和次磷酸根离子的关键步骤。目前镀铬废水的处理方法是先将次磷酸根离子氧化为正磷酸根离子，然后加入石灰或铁盐等试剂，将正磷酸根离子以沉淀形式去除。然后向镀铬废水中加入还原剂，将六价铬离子还原为三价铬离子。常用的还原剂有NaSO3、FeSO4等。

但现有镀铬废水处理方法在处理过程中还原剂利用率低，处理后的镀铬废水含盐量较高，且在处理过程中有SO2产生，对环境造成二次污染；另外现有镀铬废水处理方法只能分阶段还原六价铬离子和氧化次磷酸根离子，处理过程繁琐，还原剂利用率低，增加了污水处理投资和运行成本。

发明内容

本申请发明旨在提供一种同时氧化镀铬废水中次磷酸根离子和还原六价铬的方法。该方法克服了现有镀铬废水处理方法中存在的上述问题。该方法可以在一个电解池中同时氧化次磷酸根离子和还原六价铬离子。实验结果表明，本申请所示方法对次磷酸根离子的氧化效率为95％，对六价铬离子的还原效率为99％。

为了达到上述目的，本申请实施例提供一种同时氧化镀铬废水中次磷酸盐并还原六价铬的方法，包括：将含有添加剂的镀铬废水在电解槽中进行电解催化反应；

电解池的阳极材料为二氧化钛；

电解池阴极采用石墨电极。

说明书中所述的镀铬废水中次磷酸根离子浓度约为100mg/L-125/L，pH值为2-13。

按照本申请所示方法，将含有添加剂的镀铬废水置于电解池中，本申请以二氧化钛电极为阳极，石墨为阴极，构建电催化电解催化反应体系（电解池），反应过程中在阴极发生的电极反应为：H2O-2e-=H2O2+2H+；镀铬废水中水还原产生的H2O2将镀铬废水中的六价铬离子还原为三价铬离子，还原过程中的中间产物五价铬离子催化H2O2生成羟基自由基（·OH）。在催化过程中，五价铬离子可以降低H2O2生成羟基自由基（·OH）的反应活化能，而且即使在室温下反应速度也很快。H2O2很快分解产生大量的·OH； ·OH将次磷酸根离子氧化为正磷酸根离子，从而达到同时还原六价铬离子和氧化次磷酸根离子的目的。整个电催化电解催化反应体系为绿色化学反应，不需要添加H2O2等化学试剂，反应过程不会产生二次污染。另外，本申请所示的方法对六价铬离子的还原效率可达99%，对次磷酸根离子的氧化效率可达95%。

由于在阴极发生的电极反应：H2O-2e-=H2O2+2H+，弱酸性环境下可以促进该反应的进行，柠檬酸铵和柠檬酸缓冲液在弱酸性环境下缓冲能力强，因此本申请实施例采用柠檬酸铵和柠檬酸缓冲液作为添加剂调节镀铬废水的pH值，使镀铬废水的pH值控制在3-5范围内，最佳pH值为3。

因为在反应条件一定的情况下，传质效率的提高有利于电解催化反应的进行，通常在电解池中增加搅拌装置，可以提高电解催化法的传质效率。考虑到使用最简单的装置达到最佳的实验效果，本申请实施例将阴极设计为可旋转电极，一方面增加阴极与镀铬废水反应的接触量，另一方面促进液相传质过程，从而提高反应速率，提高电解催化速率。

由于电流密度对电催化反应速率有一定的影响，在电解时间相同的情况下，电流密度增大六价铬离子的还原效率和次磷酸根离子的氧化效率，但随着电流密度的逐渐增大，镀铬废水中的OH浓度逐渐升高，OH逐渐聚集在阳极，会造成板片（阴极和阳极）在一定程度上的钝化，同时增大电流密度又会引起耗电量的增加。本申请是在电流密度的探索过程中，兼顾电极的钝化程度、耗电量和电催化反应效率，通过大量的实验筛选出当电流密度为1mA/cm2-100mA/cm2时，电催化过程中可以同时兼顾电极的钝化程度和电催化反应效率，较优的电流密度为10mA/cm2。

对于电催化反应来说，电极的配置非常重要（极板间距：即阴极和阳极之间的距离）。随着电催化反应的进行，电极（阳极或阴极）会发生钝化。在旋转电极转速不变的情况下，极板间距越大，液相传质作用越显著，可以降低电极钝化程度；在增加极板间距的过程中，虽然受钝化影响较小，但会增加功耗，但是极板间距增加到一定程度会降低电催化反应的效率。本申请对极板间距进行探索，同时兼顾电极的钝化程度、功耗和电催化反应效率。经过大量实验发现，极板间距为1cm-5cm时，可以在电催化过程中兼顾电极的钝化程度和功耗，最佳极板间距为2cm。

可选的，采用氮化碳负载石墨电解催化剂作为阴极材料，提高了六价铬离子的还原效率和次磷酸根离子的氧化效率。如无特殊说明，本申请均采用氮化碳负载石墨作为阴极材料。

本申请公开了一种同时氧化次磷酸盐和还原镀铬废水中六价铬离子的方法，该方法包括将含有添加剂的镀铬废水在电解池中进行电解催化反应；电解池的阳极材料为二氧化钛；电解池的阴极材料为石墨。以二氧化钛电极为阳极，以氮化碳负载石墨电极为旋转阴极，构成电催化反应体系。反应过程中，电解池阴极侧的电极反应为：H2O-2e-=H2O2+2H+生成H2O2，阴极生成的H2O2将镀铬废水中的六价铬离子还原为三价铬离子。 还原过程中的中间产物五价铬离子可催化H2O2生成·OH，·OH将次磷酸根离子氧化为正磷酸根离子，从而达到同时还原六价铬离子和氧化次磷酸根离子的目的。该方法工艺简单，操作方便，可有效降低污水处理的投资和运行费用。另外，本申请所示的方法为绿色化学反应，不需要加入H2O2等化学试剂，反应过程不会产生二次污染，对六价铬离子具有较高的还原效率，对次磷酸根离子具有较高的氧化效率。同时，本申请所采用的电极材料来源广泛，电解池装置操作简单，易于规模化工业化生产。