專(zhuān)利名稱(chēng)：電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法。
背景技術(shù)：
目前，全世界己有50%以上地下水因受到不同程度的污染而不能飲用。我國(guó)是一個(gè)水資 源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，人均水資源占有量不足2200m3，僅及世界人均水量的1/4。隨著我國(guó)經(jīng) 濟(jì)的快速發(fā)展，所產(chǎn)生的大量污水大多未經(jīng)處理直接排入江河湖庫(kù)，導(dǎo)致水質(zhì)嚴(yán)重惡化，使 得本來(lái)就水資源不足的形勢(shì)"雪上加霜"。在我國(guó)，除填埋場(chǎng)和有毒物質(zhì)事故性泄漏外，城市 和工業(yè)污水排放、農(nóng)藥和化肥的過(guò)量施用也是地下水污染的重要原因。20世紀(jì)80年代我國(guó) 對(duì)部分城市地下水污染調(diào)査表明，地下水污染嚴(yán)重的城市占63%，三氮、酚類(lèi)、農(nóng)藥及油類(lèi) 是我國(guó)地下水主要污染物。目前地下水修復(fù)技術(shù)主要有抽提-處理法、微生物原位修復(fù)法、滲 透性反應(yīng)墻技術(shù)和化學(xué)固定-生物修復(fù)技術(shù)等。同時(shí)電動(dòng)技術(shù)作為一種新興的技術(shù)已被用于地 下水修復(fù)研究中，電動(dòng)修復(fù)技術(shù)是一種綠色的修復(fù)技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，且修復(fù)時(shí)間短， 處理成本小，不易受自然環(huán)境的影響。
酚類(lèi)是我國(guó)地下水主要污染物之一，它屬于高毒物質(zhì)。人體攝入一定量時(shí)，可出現(xiàn)急性 中毒癥狀。長(zhǎng)期飲用被酚污染的水，可引起頭昏、出疹、瘙癢、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。 水中含低濃度(0.1-0.2 mg/L)酚類(lèi)時(shí)，可使生長(zhǎng)魚(yú)的魚(yú)肉有異味，高濃度(>5 mg/L)時(shí)則 造成中毒死亡。含酚濃度高的廢水不宜用于農(nóng)田灌溉，否則，會(huì)使農(nóng)作物枯死或減產(chǎn)。水中 含微量酚類(lèi)，在加氯消毒時(shí)，可產(chǎn)生特異的氯酚臭。所以降解水體中的酚類(lèi)就顯得尤為重要。 目前，電動(dòng)降解苯酚的效率較低，約50%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法，可以有效提高苯酚的去除效率。 所述電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法，陽(yáng)極為鋁。
作為優(yōu)選方案，電解液為K2S04溶液，電極間距為lcm-1.5cm，陰極為銅。電解液K2S04 溶液的濃度為0.05-0.5 M 。更進(jìn)一步的優(yōu)選方案是所述電極大小為12cmXl cm 3cmX4 cm，電解電壓2-4V。
本發(fā)明以鋁做陽(yáng)極進(jìn)行電動(dòng)絮凝降解苯酚，陽(yáng)極鋁在電解過(guò)程中溶解釋出鋁離子，而在 陰極水被還原析出氫，同時(shí)生成OH—，鋁離子在電解液中發(fā)生水解與聚合反應(yīng)，生成聚合鋁。 生成的聚合鋁作為絮凝劑，同時(shí)結(jié)合電動(dòng)降解苯酚，能夠有效地提高污染水體中苯酚的去除 效率，同時(shí)可以在保證去除率接近的前提下，減少幾乎50%的能量消耗。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了聚合 鋁絮凝劑的在線(xiàn)合成、現(xiàn)場(chǎng)投加使用，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)設(shè)備，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1是實(shí)驗(yàn)裝置圖2是電解電流-電解電壓曲線(xiàn)圖，其中曲線(xiàn)a:陰極為銅，曲線(xiàn)b:陰極為鋁； 圖3是電解前后Ferron-Al逐時(shí)絡(luò)合反應(yīng)比色分析鋁形態(tài)的曲線(xiàn)圖，陰極為鋁； 圖4是電解前后Ferron-AI逐時(shí)絡(luò)合反應(yīng)比色分析鋁形態(tài)的曲線(xiàn)圖，陰極為銅； 圖5是電解前后Ferron-Ai逐時(shí)絡(luò)合反應(yīng)比色分析鋁形態(tài)的曲線(xiàn)圖，電極間距0.5 cm; 圖6是電解前后Ferron-AI逐時(shí)絡(luò)合反應(yīng)比色分析鋁形態(tài)的曲線(xiàn)圖，電極間距1.0 cm; 圖7是不同電解時(shí)間Femm-Al逐時(shí)絡(luò)合反應(yīng)比色分析鋁形態(tài)的曲線(xiàn)圖； 圖8是本發(fā)明與單獨(dú)采用電動(dòng)力學(xué)技術(shù)去除苯酚的效果對(duì)比圖9是本發(fā)明與單獨(dú)采用電動(dòng)力學(xué)技術(shù)去除苯酚和單獨(dú)采用聚合鋁絮凝劑去除苯酚的效 果對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
1. 實(shí)驗(yàn)裝置
采用圖1所示的裝置進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，測(cè)量電流和電壓。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在攪拌條件下進(jìn)行， 電路電流是將用萬(wàn)用表的電流檔串連在電路里，用電流檔進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)中電極采用石墨電 極(4)8X100mm)以及銅片和鋁片，電壓控制范圍0-10V。
2. 測(cè)試方法
(1) 苯酚的濃度采用目前各國(guó)普遍采用的酚類(lèi)測(cè)定方法4-氨基安替比林光度法酚類(lèi) 化合物于pH10.0土0,2介質(zhì)中，在鐵氰化鉀存在下，與4-氨基安替比林反應(yīng)，生成橙紅色的 吲哚酚安替比林染料，其水溶液在510 nm波長(zhǎng)處有最大吸收。我們繪制了苯酚濃度C和吸 光度A的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)，通過(guò)它來(lái)得到苯酚的濃度，計(jì)算苯酚的去除效率。
(2) 溶液中鋁形態(tài)的測(cè)定；用鋁溶液和Ferron的絡(luò)合比色動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)聚合鋁溶液 形態(tài)和各種形態(tài)聚合鋁的濃度。Ferron試劑的磺酸基與聚合氯化鋁中的羥基競(jìng)爭(zhēng)絡(luò)合鋁離子， 發(fā)生解離-絡(luò)合反應(yīng)。根據(jù)Femm-Al逐時(shí)絡(luò)合反應(yīng)的進(jìn)展情況，可將聚合氯化鋁中的鋁形態(tài) 相對(duì)劃分為Ala、 Alb、 Alc三種。Ala是瞬時(shí)反應(yīng)的單體形態(tài)，與Ferron試劑在0-1.5 min之內(nèi) 即可反應(yīng)完全；Alb是緩慢反應(yīng)的低聚和中等聚合物形態(tài)；AU為長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)難以絡(luò)合的高聚物 和凝膠態(tài)Al(OH)3。 一般認(rèn)為Alb部分是凝聚絮凝能力最強(qiáng)的。
3. 陰極材料的選擇
比較了分別用鋁片和銅片做陰極材料進(jìn)行電解合成聚合鋁的效果，其中電解液為0.05 M 三氯化鋁溶液，電極距離0,5cm，電解電壓2.5V,電解面積4Xlcm,陽(yáng)極為12Xlcm鋁板， 陰極為12Xlcm銅片或鋁片。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，用鋁片作陰極時(shí)，電解過(guò)程中原打磨光亮的陰極不久就變成暗灰色，電流 也隨之大幅降低，可能是生成的暗灰色物質(zhì)導(dǎo)電性差，導(dǎo)致電流下降，陰極反應(yīng)析氫也變得 極弱(有少量微小氣泡逸出)。而用銅片作陰極電解6h后，銅片無(wú)明顯變化，依然光亮如初。 試驗(yàn)過(guò)程中電流的變化如圖2。從圖可知，陰極材料由鋁板換為相同長(zhǎng)和寬的銅片后，在相 同電解面積、電極距離、電解液濃度及電解電壓下，用銅片做陰極的電解電流遠(yuǎn)大于鋁板陰 極的電解電流。在電解電壓為2.5 V時(shí)，銅片做陰極的電解電流可達(dá)65.5 mA (電流密度為 16.4mA/cm2)，而鋁板做陰極時(shí)的電解電流只有11.5 mA (電流密度為2.9 mA/cm2)。在獲得 相同的電流密度時(shí)，銅片作陰極所需的電壓遠(yuǎn)小于鋁片作陰極時(shí)的電壓，并且以銅片作為陰 極進(jìn)行電解其電流隨時(shí)間的變化也較小。
分別以鋁片和銅片作陰極進(jìn)行電解合成聚合鋁的Ferron-Al逐時(shí)絡(luò)合反應(yīng)比色分析結(jié)果 見(jiàn)圖3、 4。由圖3可以看出，以鋁片作陰極，電解結(jié)束后的電解液與電解前電解液(三氯化 鋁溶液)Ferron比色吸光度變化相似，很快(約2min)上升至最大值，之后電解液的吸光值 仍有小幅上升，但也在8min內(nèi)穩(wěn)定，說(shuō)明該反應(yīng)中Alb形態(tài)的含量很少；達(dá)到平衡時(shí)電解后 的吸光度比電解前大，是因?yàn)殡娊膺^(guò)程中鋁陽(yáng)極溶解釋放出鋁離子，導(dǎo)致總鋁(主要為單體 鋁)濃度升高所致。圖4則表明，以銅片作陰極時(shí)，電解前電解液的Ferron比色分析顯色2min 后吸光度迅速上升到某一值，之后增加緩慢，電解后電解液的Ferron比色吸光度2 min后的 上升部分明顯比電解前的高，說(shuō)明電解合成過(guò)程中已明顯有Alb生成。
以上電解合成聚合鋁的實(shí)驗(yàn)表明，以銅片作陰極進(jìn)行電解合成聚合鋁具有所需電壓小、 電流穩(wěn)定的特點(diǎn)，為了提高電解合成聚合鋁的效率，應(yīng)盡量提高電流密度，加快電極反應(yīng)的 進(jìn)行。增大電壓可以提高電流密度，但也易產(chǎn)生極化現(xiàn)象。因此，電解合成聚合鋁通常在低 電壓和高電流密度條件下進(jìn)行；同時(shí)采用銅片作陰極有利于聚合鋁的生成，所以銅片作為陰 極材料有利于聚合鋁的電解合成。
4.電極間距
在電極間距為0.5cm和1.0cm時(shí)分別進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，其中，電解液為0.05 M三氯化鋁 溶液，電解電壓1V,電解電極面積4Xlcm，陽(yáng)極為12Xlcm鋁板，陰極為12Xlcm銅片。
電極間距可影響極化的大小，從而影響電流。另外，電解產(chǎn)生的OH—及溶出的鋁離子濃 度自電極表面向外逐漸減小，調(diào)節(jié)電極距離，即可相當(dāng)于調(diào)節(jié)參加水解、聚合反應(yīng)的鋁離子 和OH'濃度。因此，不同的電極距離對(duì)聚合鋁的電解合成可能會(huì)造成較大的影響。不同電極 間距電解合成聚合鋁的結(jié)果如圖5'。由圖可知，極板間距為0.5 cm時(shí)Alb的生成量與間距為 1.0cm時(shí)相當(dāng)，但極間距為0.5cm時(shí)，隨著電解的持續(xù)進(jìn)行而慢慢出現(xiàn)沉淀。這可能是因?yàn)?剛開(kāi)始時(shí)，電解液中鋁以AP+為主，可接收容納較多的OH';隨著電解的進(jìn)行，A嚴(yán)向聚合態(tài) 轉(zhuǎn)化，而在電極間距較小(0.5 cm)情況下，由于電極間溶液中Ap+濃度特別高(陽(yáng)極溶出+ 本底溶液中AP+)，與OHl乍用合成聚合態(tài)多而濃度高；當(dāng)高達(dá)一定濃度后，形成的聚合態(tài)鋁 還未來(lái)得及擴(kuò)散便與OPT繼續(xù)反應(yīng)，便形成了Al(OH)3,出現(xiàn)沉淀。雖然極間距為1.0 cm時(shí) 進(jìn)行電解合成也會(huì)產(chǎn)生沉淀，但其量要少得多。曲久輝等比較研究了電極距離為1.5cm和5.5 cm時(shí)聚合鋁的電解合成，結(jié)果表明，電極間距較小，即1.5cm更有利于聚合鋁的電解合成。劉會(huì)娟等在極間距分別為10cm和15cm時(shí)電解合成聚合鋁，結(jié)果也表明，電極間距小的有 利于聚合鋁的合成，而在本試驗(yàn)中，電極間距較小的0.5cm會(huì)產(chǎn)生較多量的沉淀，不利于聚 合鋁的高效合成。優(yōu)選電極間距l(xiāng).Ocm。
5. 電解時(shí)間
隨著電解合成的持續(xù)進(jìn)行，陽(yáng)極鋁不斷溶出，而陰極OH—濃度不斷增加，鋁離子發(fā)生水 解聚合反應(yīng)，當(dāng)Off濃度過(guò)高時(shí)，有可能生成Ale (高聚鋁及溶膠態(tài)鋁)而導(dǎo)致Alb (低聚鋁 和中聚鋁)含量降低。通過(guò)控制電解時(shí)間，可使電解液中的鋁離子和OH'濃度適于鋁離子的 水解及聚合，而不利于Ale的形成，可提高電解合成聚合鋁的含量。試驗(yàn)中不同電解時(shí)間合 成的聚合鋁如圖7，其中電解液為0.05M三氯化鋁溶液，電解電壓1 V，電解電極面積4X1 cm， 陽(yáng)極為12Xlcm鋁板，陰極為12Xlcm銅片，電極距離1.0cm?？梢钥闯?，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)， 隨著電解時(shí)間延長(zhǎng)，電解液Ferron-Al逐時(shí)絡(luò)合反應(yīng)比色分析吸光度緩慢上升部分增加，表明 合成的聚合鋁濃度有升高的趨勢(shì)。
6. 電動(dòng)絮凝降解苯酚
實(shí)施例1
電動(dòng)絮凝降解苯酚，其中電解電壓為1 V，陽(yáng)極為12Xlcm鋁板，陰極為12Xlem銅片， 電極間距為1.5cm，電解電極面積4Xlcm，電解液中含0.2 g/L苯酚，0.1MK2SO4。
實(shí)施例2
電動(dòng)絮凝降解苯酚，其中電解電壓為4V，陽(yáng)極為12Xlcm鋁板，陰極為12Xlcm銅片， 電極間距為lcm，電解電極面積4Xlcm,電解液中含0.2 g/L苯酚，0.1MK2SO4。
對(duì)照實(shí)施例1
電動(dòng)降解苯酚，其中電解電壓為2V，采用石墨電極，巾8X100 mm，間距3 cm，電解 電極面積4Xlcm，電解液中含0.2 g/L苯酚，0.1MK2SO4。
對(duì)照實(shí)施例2
電動(dòng)降解苯酚，其中電解電壓為4V，采用石墨電極，4>8X100 mm,間距3 cm，電解 電極面積4Xlcm，電解液中含0.2g/L苯酚，0.1MK2SO4。
對(duì)照實(shí)施例3
將采用堿中和法合成[無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2004， 21: 69.]的聚合鋁作為絮凝劑，聚合鋁用量為 0.1g/L (以水溶液為基準(zhǔn))，水溶液中含0，2g/L苯酚，0.1MK2SO4。
(1)實(shí)驗(yàn)中我們比較了本發(fā)明和單獨(dú)采用電動(dòng)力學(xué)技術(shù)去除苯酚的效果，電解液中含 0.2g/L苯酚，0.1MK2SO4。結(jié)果如圖8所示，單獨(dú)采用電動(dòng)力學(xué)技術(shù)時(shí)(對(duì)照實(shí)施例1，電 解電壓為2V)，電解10h后苯酚的去除率為15.8X;而采用本發(fā)明去除苯酚時(shí)(實(shí)施例1， 電解電壓為1V)，電解10h后苯酚的去除率為13.9%。由此可見(jiàn)，采用本發(fā)明可以在保證去 除率接近的前提下，減少幾乎50%的能量消耗；同時(shí)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了聚合鋁絮凝劑的在線(xiàn)合成、現(xiàn)場(chǎng)投加使用，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)設(shè)備，具有良好的應(yīng)用前景。
(2)如圖9所示，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單獨(dú)采用聚合鋁絮凝劑去除苯酚(對(duì)照實(shí)施例3)， 10h后， 苯酚的去除率僅為1.4%;而單獨(dú)采用電動(dòng)力學(xué)技術(shù)(對(duì)照實(shí)施例2)，電解10h時(shí)，苯酚的 去除率也僅為44.6%;采用本發(fā)明，結(jié)合了電動(dòng)力學(xué)和絮凝技術(shù)后，電解10h時(shí)，苯酚的去 除率達(dá)到了76.9%。由此可見(jiàn)，本發(fā)明能夠有效地提高污染水體中苯酚的去除效率。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法，其特征在于陽(yáng)極為鋁。
2. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法，其特征在于電解液為K2S04溶液，電極 間距為1 cm-1.5 cm，陰極為銅。
3. 如權(quán)利要求2所述的電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法，其特征在于電解液K2S04溶液的濃度為 0.05-0.5 M。
4. 如權(quán)利要求3所述的電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法，其特征在于電解液K2S04溶液的濃度為 0.1 M。
5. 如權(quán)利要求l-4中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法，其特征在于電極大小為12cm XI cm 3cmX4cm，電解電壓2-4V。
6. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法，其特征在于所述苯酚存在于水 溶液中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法，可以有效提高苯酚的去除效率。所述電動(dòng)絮凝降解苯酚的方法，陽(yáng)極為鋁。作為優(yōu)選方案，電解液為K₂SO₄溶液，電極間距為1cm-1.5cm，陰極為銅。電解液K₂SO₄溶液的濃度為0.1M。更進(jìn)一步的優(yōu)選方案是所述陽(yáng)極為12×1cm鋁板，陰極為12×1cm銅片，電解電壓2-4V。本發(fā)明以鋁做陽(yáng)極進(jìn)行電動(dòng)絮凝降解苯酚，陽(yáng)極鋁在電解過(guò)程中溶解釋出鋁離子，而在陰極水被還原析出氫，同時(shí)生成OH^-，鋁離子在電解液中發(fā)生水解與聚合反應(yīng)，生成聚合鋁。生成的聚合鋁作為絮凝劑，同時(shí)結(jié)合電動(dòng)降解苯酚，能夠有效地提高污染水體中苯酚的去除效率，同時(shí)可以在保證去除率接近的前提下，減少幾乎50％的能量消耗。
文檔編號(hào)A62D3/00GK101648057SQ200910033668
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者宋平三, 泉 徐, 畢樹(shù)平, 沈東旭, 章福平 申請(qǐng)人:南京大學(xué)