【摘 要】
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由于具有较高的传质速率,透过式电极在去除废水中Cr(Ⅵ)方面具有良好的应用前景。然而,透过式电极系统在运行过程容易产生气泡积累导致的系统内阻升高和运行不稳定等问题,限制了该技术在实际工程中的应用。课题组前期研究发现,利用聚四氟乙烯(PTFE)改性的石墨毡电极具有良好的导电性和疏水特性,能够克服水流堵塞气体孔道造成的系统电压升高及电流效率降低等问题。在此基础上,本论文对PTFE改性石墨毡电极的制备进
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由于具有较高的传质速率,透过式电极在去除废水中Cr(Ⅵ)方面具有良好的应用前景。然而,透过式电极系统在运行过程容易产生气泡积累导致的系统内阻升高和运行不稳定等问题,限制了该技术在实际工程中的应用。课题组前期研究发现,利用聚四氟乙烯(PTFE)改性的石墨毡电极具有良好的导电性和疏水特性,能够克服水流堵塞气体孔道造成的系统电压升高及电流效率降低等问题。在此基础上,本论文对PTFE改性石墨毡电极的制备进行优化,重点探究PTFE改性石墨毡透过式电极电化学系统对中性水体中Cr(Ⅵ)的去除效果和机理。首先,论文探究了 PTFE改性石墨毡电极的制备和性能。结果表明,透过式电极能够极大提高反应过程中溶液的传质速率,其反应动力学常数是传统板式电极的6.2~7.1倍。通过改进的浸渍-加热固化法能够成功制备出PTFE改性石墨毡电极,且PTFE添加量对电极电化学性能影响较大,当PTFE添加量为2.0mL时电极性能最优。对于初始pH为7.0,含5 mg/L Cr(Ⅵ)溶液,在240 min的运行时间内,其系统电压值稳定在3.1~4.0V之间,在单透过式模式下Cr(Ⅵ)去除率保持在61.0~70.0%。其次,论文系统探究了 PTFE改性石墨毡透过式电极系统对废水中Cr(Ⅵ)的去除效果。结果显示,在PTFE改性石墨毡透过式电极系统电化学还原Cr(Ⅵ)过程中,初始pH、流量、电流以及初始浓度等都会对去除效果产生影响。对于初始pH为7.0和初始浓度为5 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液,在最佳操作条件(流速200 L h-1m-2,电流50 mA)下循环120 min后,Cr(Ⅵ)去除率可达到90±1.0%,总铬去除率可达到70.0%。最后,论文探究了 PTFE改性石墨毡透过式电极系统去除废水中Cr(Ⅵ)的机理。研究结果显示,PTFE改性石墨毡透过式电极系统电化学氧化-还原作用是去除废水中Cr(Ⅵ)的主要原因。在中性条件下,阳极电解水反应为阴极界面创造微酸性环境(PH3.6~3.8),借助H+活化作用,Cr(Ⅵ)在阴极表面直接被电还原为Cr(Ⅲ)。此外,氧气电还原副产物过氧化氢(3.2~14.9 mg/L)在酸性条件下也会将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。阴极反应过程中消耗大量H+,出水pH呈碱性(pH10.5~10.9),生成的Cr(Ⅲ)在穿过阴极反应区后直接以水合物沉淀去除。此外,原位生成的过氧化氢还原Cr(Ⅵ)时会产生活性物质将有机物氧化分解,表明该系统在处理Cr(Ⅵ)和有机物混合体系方面具有应用潜力。
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