2,4-二硝基甲苯废水的电化学还原-氧化处理研究毕业论文
2022-03-18 08:03
论文总字数：24294字
摘 要
本文采用自制的简易电化学反应装置，以石墨片做阴极，钌铱电极作为阳极处理2,4-二硝基甲苯模拟废水。采用高效液相色谱法测定2,4-二硝基甲苯浓度，结合处理前后TOC和COD的变化，研究电化学还原-氧化法对2,4-二硝基甲苯去除效果的影响因素。考察了反应时间、初始浓度、电解质种类、电解质浓度、初始pH值和电流密度等因素对废水中2,4-二硝基甲苯去除率的影响规律。同时计算各电解质浓度和电流密度下的能耗，综合比较去除率与能耗确定优化的电化学处理条件，并测量优化条件下的TOC和COD去除效果。结果表明，电流密度对去除率的影响最大，电流密度越大，去除率越高，但能耗也越高。其次是电解质种类，Na2SO4做电解质时初始反应速率较快，NaCl做电解质时初始反应速率较慢，但最终去除率相差不大。pH为中性和酸性时，2,4-二硝基甲苯去除率相差不大，pH为碱性时去除效果较差。电解质浓度对2,4-二硝基甲苯去除效果影响不显著，但对能耗影响较大，电解质浓度越大，能耗越低。
初步获得了2,4-二硝基甲苯废水电化学还原-氧化处理的优化工艺条件为：Na2SO4做电解质、反应时间3h、电流密度10mA/cm2、电解质浓度0.05mol/L、pH=7。当2,4-二硝基甲苯初始浓度为50mg/L时，在该优化条件下2,4-二硝基甲苯的去除率达到了68.52%。但TOC的去除率仅为12.8%，COD浓度先上升再缓慢下降，这可能是2,4-二硝基甲苯大部分转化为其它小分子有机物的缘故。通过研究电化学还原-氧化去除废水中2,4-二硝基甲苯的工艺条件及影响规律，可为电化学技术处理2,4-二硝基甲苯等实际废水提供实验依据。
关键词：电化学 2,4-二硝基甲苯 废水处理
Study on the Process Conditions of 2,4-dinitrotoluene Removal in Wastewater by Electrochemical Oxidation-reduction
Abstract
Electrochemical Oxidation-reduction method was utilized to treat 2,4-dinitrotoluene simulated wastewater in this paper. A simple electrochemical reactor was set up with graphite as the cathode material and DSA as the anode material. High performance liquid chromatography was built to determine 2,4-dinitrotoluene concentrations, TOC and COD were used to estimate the treatment effect. The experiments investigated their effects of the initial concentration, reaction time, electrolyte kinds and concentration, pH and current density on the removal rate. The energy consumption of each electrolyte concentration and current density were calculated, and the optimum conditions were determined by comprehensively comparing the removal rate and energy consumption to. TOC was then measured under optimized conditions. The results showed that the impact of current density on removal rate is the largest. The larger the current density is, the higher the removal is, but the energy consumption is also higher. The second is the type of electrolyte, the initial reaction rate of Na2SO4 is relatively fast, and the initial reaction rate of NaCl is slow, but the final removal rate is nearly the same. The removal rate is approaching when pH is neutral and acidic, while the removal effect is poor in alkaline condition. Electrolyte concentration has little effect on the removal efficiency of 2,4-dinitrotoluene, but it has great influence on the energy consumption, the greater the electrolyte concentration is, the lower the energy consumption is.
The preliminary optimized experimental conditions are as follows: reaction time of 3h, the current density of 15mA/cm2, Na2SO4 electrolyte concentration of 0.05 mol/L, pH = 7. However, the removal rate of TOC was only 12.8% while the COD concentration first increased and then decreased slowly. The reason may be that most 2,4-dinitrotoluene is converted to other small molecular organic compounds. By studying the electrochemical oxidation-reduction treatment conditions of 2,4-dinitrotoluene wastewater, it can contribute to practical application of electrochemical removal for organic wastewater containing 2,4-dinitrotoluene
.
Key Words: Electrochemistry; 2,4-dinitrotoluene; Wastewater treatment
目 录
摘 要 I
Abstract I
第一章 绪论 1
1.1前言 1
1.2硝基苯类化合物常见处理方法及现状 1
1.2.1 吸附法 1
1.2.2减压蒸馏法 1
1.2.3 生化法 2
1.2.4化学还原法 2
1.2.5微电解法 2
1.2.6高级氧化技术 2
1.3 电化学还原-氧化法原理 4
1.3.1电化学还原法 4
1.3.2电化学氧化法 4
1.3.3硝基苯类化合物降解机理 5
1.4 影响电化学氧化-还原效果的因素 6
1.4.1电解质种类及浓度 6
1.4.2电极材料 6
1.4.3 pH 6
1.4.4电流密度 7
1.4.5反应时间 7
1.4.6初始浓度 7
1.5 2,4-二硝基甲苯含量的测试方法 7
1.5.1 气相色谱法 7
1.5.2 高效液相色谱法 7
1.6本文研究意义和研究内容 8
1.6.1 研究意义 8
1.6.2 研究内容 8
第二章 实验部分 7
2.1 主要试剂、仪器 7
2.1.1试剂 7
2.1.2仪器 7
2.1.3装置 8
2.2 实验步骤 8
2.2.1标准曲线的绘制 8
2.2.2单因素实验 8
2.3.3 优化条件实验 10
2.3 分析方法 10
2.3.1 2,4-二硝基甲苯含量的测定 10
2.3.2 TOC的测定 10
2.3.3 COD的测定 10
第三章 实验结果与分析 11
3.1 实验现象 11
3.2 实验结果分析 11
3.2.1标准曲线 11
3.2.2 电解质种类对降解率的影响分析 12
3.2.3 初始浓度对降解率的影响分析 13
3.2.4电解质浓度对降解率的影响分析 15
3.2.5 pH对降解率的影响分析 16
3.2.6电流密度对降解率的影响分析 17
3.3 能耗分析 19
3.3.1 电解质浓度对能耗的影响分析 19
3.3.2 电流密度对能耗的影响分析 20
3.3.3 最优条件下瞬时能耗分析 21
3.4 最优条件TOC分析 22
3.5 最优条件COD分析 23
第四章 总结与展望 25
4.1 总结 25
4.2 展望 25
参考文献 27
致 谢 30
第一章 绪论
1.1前言
2,4-二硝基甲苯（2,4-DNT）是一种重要的中间体，在染料、塑料、医药、军工等行业中都用较为广泛的应用[1]。2,4-二硝基甲苯在常用危险化学品分类[2]中被划分为第6.1类毒害品，能通过吸入、食入、经皮吸收三种途径侵入人体，对眼睛、呼吸道和皮肤有刺激作用，吸入人体可引起高铁血红蛋白白血病，严重时甚至能致人死亡，目前已被美国环保署（EPA）列入优先控制污染物名录。含2,4-二硝基甲苯的废水广泛产生于2,4-DNT生产、精制过程和炸药的生产过程，该废水具有成分复杂、可生化性差的特点，处理困难，研究含2,4-二硝基甲苯废水的处理方法对人类和环境意义重大。
1.2硝基苯类化合物常见处理方法及现状
1.2.1 吸附法
吸附法具有能耗低、效果明显的特点，在废水处理领域应用广泛。在硝基苯类废水处理领域常用的吸附剂有活性炭、活性焦、大孔吸附树脂等。但吸附法缺点也较为明显，吸附剂再生困难、脱附过程中容易产生二次污染等缺点限制了其进一步推广。
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