蒽醌类染料废水降解过程与分子结构的相互关系研究

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蒽醌类染料作为广泛应用的第二大类染料,其废水具有水量大、色度高、成分复杂等特点,比第一大类偶氮染料结构还要稳定和难于降解,一直是染料废水处理中的难点。电催化氧化法具有可彻底降解有机物、不易产生毒害中间产物和不易造成二次污染等特点,越来越受到重视。本论文即采用该方法法来处理蒽醌蓝染料模拟废水,以RuO2-Ti和钢板分别作为电催化氧化装置的阳极和阴极。 在电催化氧化试验中,研究了溶液pH值、电压、电解质种类对降解效果的影响,并且对废水的可生化性做了分析,考察了这些条件对蒽醌蓝染料模拟废水的降解脱色行为的影响。在最佳工艺条件下电解该废水并对其UV、HPLC、NMR、LC-MS和GC-MS波谱进行分析,得出了模拟废水初步的脱色机理和降解过程与分子结构的相互关系。本论文主要得出以下主要结论: (1)根据对模拟废水的试验测试结果确定电催化氧化最佳工艺条件为:pH为4.0,槽电压为10.0V、NaCl浓度为2.0g/L。 (2)根据瓦勃式呼吸仪方法测定得知模拟废水生化呼吸线大多在内源呼吸线之上,说明废水对微生物无抑制作用或有轻微抑制作用,是可生化的,但是生化呼吸线偏离内源呼吸线的距离都不远,且在低浓度时几乎与内源呼吸线重叠。分析原因有两个方面:一是电催化氧化可以降解废水中对微生物有毒的有机物质,减少了有毒物质对微生物的毒害作用;二是废水经过电催化氧化氧化后,其结构发生了变化,改变了分子的完整性,更适合微生物进行代谢活动。 (3)蒽醌蓝染料初步的脱色机理和降解过程与分子结构的相互关系主要表现在以下几个方面: ①蒽醌蓝的N-C键受到活泼自由基·OH、活性氯等的攻击而裂开,在蒽醌蓝中,由于萘环的电子云密度高于其旁边的苯环,因此,活泼自由基·OH首先攻击与萘环相连的N-C键,N-C键断裂后蒽醌蓝分解为氨基-9,10-二氧代-2-蒽醌酸盐、2-甲氧基-5-甲基噻吩和苯胺等。 ②随着电解时间的延长,蒽醌蓝染料模拟废水被进一步电解,第一阶段形成的物质继续分解,双键结构进一步破坏,萘环结构也被破坏,生成了分子量较小的中间体物质,其他可能存在的有机物被活性物质攻击后发生断键,有可能生成羟基。例如酚、醌等。 ③以上生成的很多中间体物质在反应过程中被进一步降解氧化,然后降解为无机物质,例如SO42-、NH+4、H2O等。
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