專利名稱：一種通過電聚合實現苯胺廢水資源化與零排放的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工業(yè)污水處理領域，以苯胺的電聚合反應為基礎，實現苯胺廢水的無毒化處理與零排放。本發(fā)明涉及聚苯胺的電化學合成領域，將廢水中的苯胺物質資源化為
聚合廣品ο
背景技術：
苯胺廢水作為制藥、化工等工業(yè)行業(yè)的常見高毒性、難降解有機廢水，一直是環(huán)境保護領域研究者們關注的熱點。苯胺廢水的處理首先應實現苯胺的去除和回收利用，其次應當盡可能的實現廢水零排放，以達到節(jié)約水資源及水資源重復利用的目的。比較典型的苯胺廢水處理技術，包括生物法，吸附法，化學氧化法等，但大多數方法不能有效實現苯胺廢水的資源化及廢水的零排放。顧龍妹等報道了向廢水中添加甲醛和硫酸鋁進行縮聚反應，處理對甲苯胺廢水的技術，聚合物析出后添加聚丙烯酰胺沉淀，再通過鐵碳法進行絮凝處理。這一化學氧化方法雖完成苯胺類廢水的處理，但需要大量添加化學藥劑。(顧龍妹.對甲苯胺廢水處理裝置[P]·中國專利，201020262M7. 2011-3-2.)使用生物法處理苯胺廢水的方法由中國石化的黃京生報道，使用臺灣H. S. B高分解力細菌，將硝基苯(100mg/L)，苯胺(500mg/L)，C0D約1500/L的硝基苯、苯胺廢水進行生化處理，實現達標排放，有害物質降解完全依賴微生物進行(黃京生，于芳等.硝基苯廢水或苯胺廢水或其混合廢水的全生化處理方法[P].中國專利，200410065840. 2005-07-27.)，但此種方法處理時間較長，且不能實現資源回收利用。南化集團研究院報道了使用硝基苯處理苯胺廢水的技術，以苯胺生產原料硝基苯為溶劑，將苯胺廢水重新萃取至硝基苯中，投入苯胺生產流程，含硝基苯的廢水，作為硝基苯生產中的粗硝基苯堿洗用水。(劉漢等.硝基苯萃取法處理苯胺廢水[P].中國專利，200410064922. 2005-03-30.)該方法雖實現了苯胺廢水的完全處理，但主要只能適用于特殊苯胺生產流程中產生的廢水，對于其他工業(yè)領域產生的苯胺廢水不能保證適用。中科院煤化所使用吸附-低溫干法處理苯胺廢水，將苯胺廢水通過裝有吸附-催化劑的固定床反應器，使吸附后廢水中苯胺濃度低于5mg/L，吸附完畢后在反應溫度100-40(TC，反應l-10h，充入氧化性氣體，催化氧化苯胺，并反復使用該反應器。該方法需要較大規(guī)模的反應器、催化劑、加熱裝置等。(劉振宇，李秉正.一種吸附-低溫干法處理苯胺廢水的方法[P].中國專利，2008100M832. 2010-06-02.)這些苯胺廢水處理方法，或需要添加較多外加化學物質，或僅能適用于特定苯胺廢水的回收利用。使用電化學氧化方法對苯胺廢水的去除效率高，處理速度快，成本與藥劑投入量有所下降，但依然面臨處理成本高、工藝復雜等問題，難以大規(guī)模應用。南京大學報道的使用電解法降解廢水中苯胺、硝基苯的方法，使用鈦基釕或鈦基二氧化鉛陽極以及具有陽離子交換膜分隔的電解槽，對陽極室中苯胺廢水進行直流電解，陰極室加入NaOH溶液。這一方法依然使用強堿性溶液并使用較昂貴的催化陽極材料，為苯胺廢水處理帶來不便。(趙玉明.一種電解法降解廢水中苯胺或/和硝基苯的方法[P].中國專利， 200610040664. 2008-05-21.)天津理工大學報道了使用微生物燃料電池處理苯胺廢水的方法，使用碳、玻態(tài)碳等電極材料，陰極使用鍍鉬催化劑，使用厭氧污泥啟動微生物燃料電池， 并就愛你更陽極葡萄糖轉換為苯胺、葡萄糖混合溶液，用以消耗苯胺污染物。這一方法結合生物與電化學兩種處理手段，也就帶來工藝復雜程度相應提升。(張嘉琪.一種微生物燃料電池及其處理苯胺廢水的方法[P].中國專利，201010262015. 2010-12-22.)在苯胺廢水的電催化氧化的處理過程中，苯胺在陽極上的電化學聚合現象卻屢見不鮮，沉積在陽極表面極大的阻礙了催化氧化進程。苯胺類物質可以在各種電極表面，快速均勻聚合成膜，因此通過苯胺電聚合反應，使廢水中的苯胺類物質聚合沉積在陽極極板上， 將極有可能實現低成本、低能耗處理苯胺廢水，而且可實現苯胺廢水的資源化利用及廢水的零排放。本專利就提出和發(fā)明了一種將苯胺廢水通過電聚合成膜實現苯胺廢水資源化與零排放的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是利用苯胺在陽極上的電聚合成膜過程，使用304、321不銹鋼陽極， 鈦基二氧化錫陽極對苯胺廢水進行電化學處理。在對苯胺的電化學聚合反應進行控制的基礎上，利用苯胺聚合成膜的不斷成長，消耗廢水中的苯胺成分，最終使苯胺廢水得到徹底無
毒化處理。為實現上述目的，本發(fā)明采取以下的技術方案在濃度為10 1000mg/L的苯胺廢水，加入電解質硫酸鈉濃度并使硫酸鈉達到0. 05 0. 2mol/L，使廢水的電導率達到 5 20mS/cm，pH控制在4 10。使用直流工作電源對廢水進行處理，工作電極為不銹鋼電極，鈦電極，鈦基氧化物電極，鉬電極或石墨電極，工作電極面積與待處理溶液體積比為 5cm2 Icm3 Icm2 5cm3。使用直流工作電源的工作電壓為2. 5 5V，并調節(jié)工作電流密度為1 ΙΟΑ/m2，進行0. 1 1 !的持續(xù)處理。出水苯胺濃度小于10mg/L，化學需氧量(COD)排放濃度低于100mg/L。處理后的廢水含有少量苯胺物質，可回用為鍋爐循環(huán)冷卻水，實現廢水的零排放。
具體實施例方式實施例1 選用100mg/L濃度待處理苯胺廢水100ml，設定工作電壓為3. 2V，調節(jié)電解質硫酸鈉濃度使之達到0. lmol/L，廢水電導率達lOmS/cm，pH為7，調節(jié)工作電流密度為5A/m2，工作電極面積與待處理溶液體積比為5cm2 Icm3，經過電化學處理1 后，苯胺電聚合成膜產物整體脫落，意味著苯胺基本從水中被除去。苯胺濃度由100mg/L變?yōu)?mg/L化學需氧量由250mg/L變?yōu)镃OD為53mg/L。處理每噸100mg/L苯胺廢水耗能4. 03kwh。工作電極為 304不銹鋼。實施例2選用20mg/L濃度待處理苯胺廢水20ml，設定工作電壓為4. 0V,調節(jié)電解質硫酸鈉濃度使之達到0. lmol/L，廢水電導率達lOmS/cm，pH為4，調節(jié)工作電流密度為8A/m2，工作電極面積與待處理溶液體積比為2cm2 Icm3，經過電化學處理0. Ih后，苯胺電聚合成膜產物整體脫落，意味著苯胺基本從水中被除去。苯胺濃度由20mg/L變?yōu)椋g/L，化學需氧量由 50mg/L變?yōu)镃OD為15mg/L。處理每噸20mg/L苯胺廢水耗能0. 52kwh。工作電極為304不銹鋼。實施例3選用20mg/L濃度待處理苯胺廢水100ml，設定工作電壓為2. 5V，調節(jié)電解質硫酸鈉濃度使之達到0. lmol/L，廢水電導率達10mS/cm，pH為10，調節(jié)工作電流密度為4. 5A/m2， 工作電極面積與待處理溶液體積比為2cm2 Icm3，經過電化學處理1 后，苯胺電聚合成膜產物整體脫落，意味著苯胺基本從水中被除去。苯胺濃度由20mg/L變?yōu)?3mg/L，化學需氧量由50mg/L變?yōu)镃OD為9. 8mg/L。處理每噸20mg/L苯胺廢水耗能0. 59kwh。工作電極為 321不銹鋼。實施例4選用400mg/L濃度待處理苯胺廢水IOOOml，設定工作電壓為4. 5V，調節(jié)電解質硫酸鈉濃度使之達到0. 05mol/L，廢水電導率達5mS/cm，pH為7，調節(jié)工作電流密度為9A/m2， 工作電極面積與待處理溶液體積比為Icm2 Icm3，經過電化學處理1 后，苯胺電聚合成膜產物整體脫落，意味著苯胺基本從水中被除去。苯胺濃度由400mg/L變?yōu)?mg/L，化學需氧量由1000mg/L變?yōu)镃OD為^mg/L。處理每噸400mg/L苯胺廢水耗能17. 12kwh。工作電極為工業(yè)純鈦電極。實施例5選用800mg/L濃度待處理苯胺廢水300ml，設定工作電壓為5V，調節(jié)電解質硫酸鈉濃度使之達到0. 2mol/L，廢水電導率達20mS/cm，pH為7，調節(jié)工作電流密度為ΙΟΑ/m2，工作電極面積與待處理溶液體積比為Icm2 2cm3，經過電化學處理他后，苯胺電聚合成膜產物整體脫落，意味著苯胺基本從水中被除去。苯胺濃度由800mg/L變?yōu)?mg/L，化學需氧量由 2000mg/L變?yōu)镃OD為7ang/L。處理每噸8000mg/L苯胺廢水耗能35. 05kwh。工作電極為 321不銹鋼。實施例6 選用750mg/L濃度待處理苯胺廢水300ml，設定工作電壓為2. 5V，調節(jié)電解質硫酸鈉濃度使之達到0. lmol/L，廢水電導率達lOmS/cm，pH為7，調節(jié)工作電流密度為lA/m2，工作電極面積與待處理溶液體積比為Icm2 5cm3，經過電化學處理1 后，苯胺電聚合成膜產物整體脫落，意味著苯胺基本從水中被除去。苯胺濃度由750mg/L變?yōu)?mg/L，化學需氧量由1880mg/L變?yōu)镃OD為Mmg/L。處理每噸750mg/L苯胺廢水耗能22. 89kwh。工作電極為工業(yè)純鈦電極。實施例7選用200mg/L濃度待處理苯胺廢水200ml，設定工作電壓為4V，調節(jié)電解質硫酸鈉濃度使之達到0. lmol/L，廢水電導率達lOmS/cm，pH為7，調節(jié)工作電流密度為8A/m2，工作電極面積與待處理溶液體積比為Icm2 5cm3，經過電化學處理他后，苯胺電聚合成膜產物整體脫落，意味著苯胺基本從水中被除去。苯胺濃度由200mg/L變?yōu)?. 5mg/L，化學需氧量由500mg/L變?yōu)镃OD為3%ig/L。處理每噸200mg/L苯胺廢水耗能7. 33kwh。工作電極為鈦基二氧化錫電極。實施例8選用100mg/L濃度待處理苯胺廢水100ml，設定工作電壓為5V，調節(jié)電解質硫酸鈉濃度使之達到0. lmol/L，廢水電導率達10mS/cm，pH為7，調節(jié)工作電流密度為ΙΟΑ/m2，工作電極面積與待處理溶液體積比為5cm2 Icm3，經過電化學處理4h后，苯胺電聚合成膜產物整體脫落，意味著苯胺基本從水中被除去。苯胺濃度由100mg/L變?yōu)椋g/L，化學需氧量由 500mg/L變?yōu)镃OD為4ang/L。處理每噸100mg/L苯胺廢水耗能7. 67kwh。工作電極為鈦基二氧化錫電極。
權利要求
1. 一種通過電聚合實現苯胺廢水資源化與零排放的方法，其特征在于 在濃度為10 1000mg/L的苯胺廢水，加入電解質硫酸鈉濃度并使硫酸鈉達到0. 05 0. 2mol/L，使廢水的電導率達到5 20mS/cm，pH控制在4 10 ；使用直流工作電源對廢水進行處理，工作電極為不銹鋼電極，鈦電極，鈦基氧化物電極，鉬電極或石墨電極，工作電極面積與待處理溶液體積比為5cm2 Icm3 Icm2 5cm3 ；使用直流工作電源的工作電壓為 2. 5 5V，并調節(jié)工作電流密度為1 ΙΟΑ/m2，進行0. 1 12h的持續(xù)處理。
全文摘要
一種通過電聚合實現苯胺廢水資源化與零排放的方法，涉及工業(yè)污水處理領域，并涉及聚苯胺的電化學合成領域。本發(fā)明公開了一種使用不銹鋼電極，鈦基二氧化鉛電極通過電聚合實現的苯胺廢水資源化與零排放處理方法，利用苯胺聚合成膜在不銹鋼陽極上的不斷聚合與成膜，消耗廢水中的苯胺成分，最終使苯胺廢水無毒化，苯胺聚合物成膜可作為產品收集，適量殘留的苯胺廢水可以用作鍋爐循環(huán)水的補充水，起到殺生劑作用，實現苯胺廢水的零排放。電聚合苯胺廢水處理與傳統(tǒng)電催化相比，電流效率極大提升，苯胺也得到充分的資源化再利用，最終實現苯胺廢水低成本處理與零排放。
文檔編號C02F1/46GK102249376SQ201110131660
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權日2011年5月20日
發(fā)明者喬寧, 宋珩, 張雯, 曾海燕, 蔡佳興, 魏剛, 鮑立垠 申請人:北京化工大學