【摘 要】
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盐酸是氯的产业链中重要的化工产品之一,为工业生产带来了巨大利润的同时也引起一系列严重的环境问题。由于盐酸中含有杂质,很难将其资源化,通常形成废盐酸。废盐酸属于危险液体废物,腐蚀性强危害大,直接排放不仅造成资源浪费,还会对环境造成一定的影响。为了资源化回收废盐酸,本文研究了基于氧阴极的废盐酸处理工艺,主要包含以下三个方面:1、氧阴极电解盐酸产物的研究通过氧阴极技术电解3 mol/L氯离子溶液,得到氯
【基金项目】
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“千人计划”青年人才项目; 湖北永绍科技股份有限公司委托横向课题;
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盐酸是氯的产业链中重要的化工产品之一,为工业生产带来了巨大利润的同时也引起一系列严重的环境问题。由于盐酸中含有杂质,很难将其资源化,通常形成废盐酸。废盐酸属于危险液体废物,腐蚀性强危害大,直接排放不仅造成资源浪费,还会对环境造成一定的影响。为了资源化回收废盐酸,本文研究了基于氧阴极的废盐酸处理工艺,主要包含以下三个方面:1、氧阴极电解盐酸产物的研究通过氧阴极技术电解3 mol/L氯离子溶液,得到氯酸盐的生成是通过氯离子的电化学氧化生成次氯酸盐后的化学反应,影响氯酸盐的浓度主要为溶液的析氧反应与氯的挥发逸出。电解器中保持较高的氯离子浓度(>90 g/L)能抑制阳极的析氧反应;电解液pH维持在6.0~6.5之间氯酸盐的电流效率最高;电流密度高于100 m A/cm~2是电解盐酸的前提;电解器与反应装置之间进行温度调节能有效提高氯酸盐电流效率。氯酸盐的时空产率随电流密度的增加而增加,电解液流速的变化对时空产率影响较小。2、氧阴极电解盐酸电流密度的研究利用能量色散X射线光谱仪(EDX)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)对氧阴极催化剂进行表征。10%H2O2处理的Pt纳米颗粒的团聚程度较低,TEM和XRD方法测得H2O2处理的碳载铂粒径分别为3.1 nm、3.4 nm。循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)和Tafel曲线评估催化剂的氧还原反应(ORR)性能。结果显示,氧在较小的Pt颗粒上的吸附更强烈,H2O2处理的Pt/C的质量活性优于其它两种催化剂。阳极Pt负载量为2.0 mg/cm~2时比电流最高,升高温度会使电流密度增加,阳极电流密度随氯离子浓度的增加而增加。阴极Pt负载量的增加会引起电流密度的增加。氧气浓度从100%降低到空气中氧气的浓度时,平均电流密度降低了70%。温度的升高,加速了ORR动力学,增加了阴极电流密度。3、实际废盐酸资源化处理工艺研究通过电解不同浓度氯离子的废盐酸溶液,化学需氧量(COD)去除率随时间不断增加。增加电流密度有利于加快有机污染物的去除速率。随着pH的增大,COD去除率不断增加,pH为6~7是最优电解条件。实际废盐酸电解生成氯酸盐的平均电流效率为84.28%,电解的能耗为2200~2600 kW·h/t。本论文开展的研究解释了氧阴极电解盐酸生成氯酸盐的基本条件和原理,阐明了电流密度、温度、pH等因素对氯酸盐电流效率的影响,评价了自制氧还原(ORR)催化剂的性能,揭示了Pt负载量、温度、反应物浓度对电流密度的影响,为实际废盐酸的电解筛选了最优参数。探明了实际废水中COD去除率的影响因素及电解过程中的能耗,为氧阴极法电解废盐酸的应用提供了理论支撑。
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