周元祥 崔康平 许为义 李湘凌 宣爱萍 合肥工业大学资源与环境工程学院, 合肥, 230009
关键词：微电解，染料废水，脱效率； 分类：水体污染及控制 欧姆接触1 引言
微电解法又称内电解法、铁屑过滤法，是利用金属腐蚀原理，形成无数个铁—炭原电池，以废水为电解质溶液，发生电极反应等一系列作用，破坏废水中污染物的结构，达到废水治理的目的。
目前利用微电解法与其它技术联合处理染料废水取得了不错的研究成果[1－8]。刘少敏[8]
利用微电解—催化氧化组合工艺处理酸性染料废水，在ClO 2催化下，COD 和度去除率分别达到70%和95%。祁梦兰等人[9]
小环钗采用微电解—催化氧化—吸附法处理高浓度活性染料废水，COD 及度去除率分别达到了95%和99.9%。本文在研究了pH 值、铁炭比、曝气条件、水力停留时间及废水浓度等因素对微电解法处理效率影响的基础上，采用相同条件对微电解脱效率与染料结构的关系进行了实验研究。 2 实验材料及装置 2.1实验材料
安全带卡扣
实验所用的填料为废铁屑，粒径2～4㎜。焦炭粒径为3～5㎜。铁－炭填料均经过10%NaCO 3除油，表面酸洗活化，水洗后装入反应柱内。实验选用的染料均系常用染料，其品种和结构见表2－1。
表2－1 染料品种与结构表
编 号 名 称 结 构 1 直接耐酸红4BS 双偶氮 2 直接耐晒蓝B2RL 三偶氮 3 活性深蓝K—R 单偶氮铜络合 4 活性黄K—GR 单偶氮 5 分散蓝2BLN 蒽醌 6 分散深蓝H—GL 单偶氮 7 阳离子金黄X—GL 二氮半菁阳 8
阳离子桃红FG
甲烷制氢半菁阳
2.2 实验装置
实验装置见图2—1。铁－炭微电解反应柱采用PVC 管制成，柱高90㎝，截面直径70㎜，填料高度50㎝，取铁炭比为2：1。实验中控制废水流速为0.4L/min ～0.6L/min 。
填料柱
流量计
出水槽水泵
图2-1 微电解实验装置示意图
3 实验结果与分析
3.1脱效率与染料种类的关系
实验选用了四大类8个品种的染料，配置浓度为100mg/L，初始pH值为5.7～6.0。实验结果如图3－1和图3－2所示。
结果表明，微电解法对直接染料脱效果最优，分散染料和活性染料次之，阳离子染料最差。
不同类别染料的脱率差异可认为主要是由其水溶性不同所致。直接染料分子多数为偶氮结构，并含有磺酸基、羟酸基等水溶性基团，可溶于水，在水中以阴离子的形式存在。活性染料含有能与羟基、氨基发生化学结合的活性基团，可溶于水。阳离子染料溶于水可离解为有的阳离子和阴离子，因而也属于水溶性染料。分散染料分子中不含有水溶性基团，是一类水溶性很小的非离子型染料。染料分子中水溶性基团的电解，使得染料带有电荷，在废水中形成单个素离子，在铁－炭原电池周围电场效应的作用下，产生电泳现象，附集并沉积在电极上而除去。同时亲水性基团的存在也能更好地使染料分子与铁－炭粒状电极接触，通过还原、混凝和吸附作用而去除。不过，虽然水溶性基团的存在对 染料脱存在影响，但是染料分子中发基团能否与铁－炭电极发生一系列反应，才是最终决定微电解法能否有效去除染料分子度的真正原因所在。
图3－1 度去除率与反应时间的关系（一） 图3－2 度去除率与反应时间的关系（二）
3.2脱效率与染料结构的关系
由图3—3可见，不同分子结构的染料脱效率差异很大，脱的难易程度依次为偶氮型、蒽醌型>金属络合型>半菁阳型。
LED路灯外壳染料的颜决定于其分子结构，按照Wiff发基团学说，染料分子的发体中不饱和共轭链（如—C=C—、—N=N—、—N=O—）的一端与含有供电子基（如—OH—、—NH2）或吸收电子基（如—NO2）的基团相连，另一端与电性相反的基团相连，化合物分子吸收了一定波长的光量子的能量后，发生极化并产生偶极矩，使价电子在不同能级间跃迁而形成不同颜。一般来说，染料分子结构中共轭链越长，颜越深；苯环增加，颜加深；分子量增加，特别是共轭双键数增加，颜加深。染料废水要实现脱，最主要的手段就是破坏染料分子的结构，尤其是其共轭发体系的结构。偶氮基（如—N=N—）和蒽醌基团（如羟基、氨基及磺酸基）在[H]、Fe及Fe2+的作用下易于被还原，从而实现断链脱。如反应：
R—N=N—R + Fe、 Fe2+R—N—H—N—H—R
金属络合结构是指含有可与金属螯合的偶氮基或蒽醌基，金属原子虽然使反应的进行产生了一定难度，
但是由于偶氮基或蒽醌基的存在还是能够使发基团被破坏。反应初期颜变化不显著，但是经过一段时间后，反应加快，仍可达到比较好的脱效果。
半菁结构指分子中一个N原子为杂环核的组成部分，含有此类发基团的染料，其化学稳定性相对较高，除脱卤、酰基、酰胺键水解或羟基化反应而使其发基团受破坏外，H＋、Fe及Fe2+较难与其发生氧化还原反应，主要是通过电附集及混凝作用除去染料分子，实现脱的目的。但是电附集及混凝作用仅仅是减少了废水中的染料分子的数量，并未使其发基团受到破坏，且混凝吸附作用能力毕竟有限，这使得半菁阳结构的染料脱效果要远远差于其它染料结构。
实验还证明微电解法脱效果不仅与染料分子结构和染料种类存在紧密联系，其脱率还受到颜的影响。多组实验的现象都表明，黄染料的脱率高于红染料，高于蓝染料，特别是对于阳离子染料，
此种现象更为明显。这是因为按照黄、橙、红、紫、蓝、青、绿的顺序，光的吸收波长逐渐增长，而使颜加深的缘故。
图3－3 不同分子结构染料度去除率与反应时间的关系
4 结语槭叶铁线莲
（1）微电解法对直接染料脱效果最优，分散染料和活性染料次之，阳离子染料最差。
（2）微电解法对不同分子结构染料的脱难易程度依次为偶氮型、蒽醌型>金属络合型>半菁阳
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议