摘要

本研究旨在评价Fe-ACF双极电fenton技术处理刚果红废水的效果。通过控制影响因素，研究了Fe-ACF双极电fenton法处理丛红的效果。结果表明，电解电压、电解液浓度、pH值和电解时间对刚果红废水的脱色有影响。在实验范围内，最适pH为7。在最佳pH值、电压为25V、电解液浓度为10 g/L条件下，对刚果红废水的脱色率可达100%，COD去除率可达95%以上。在不同的pH值下，刚果红以不同的形态析出，影响了刚果红的氧化程度。双极电fenton法是处理染料废水的有效方法。

关键词

Fe-ACF双极electro-Fenton;刚果红;染料废水;先进的氧化

介绍

随着纺织和染料工业的发展，染料废水的排放不断增加[1,2]。纺织工业废水是发展中国家最严重的环境问题之一。偶氮染料由于其活性基团能够通过共价键形成[4]与纺织纤维结合而被广泛应用于纺织工业。偶氮染料大多对水生生物有毒，对人类具有突变和致癌性，如果不进行适当的处理，可能会对环境和生态造成长期的影响。其中刚果红(Congo Red, CR)作为一种合成有机染料在纺织工业中得到了广泛的应用。CR降解的副产物，含有有毒的芳香胺化合物，具有致癌性，对人体皮肤、眼睛、血液和生殖细胞有害。该类废水具有高盐度、强色度、高化学需氧量(COD)、pH波动大等特点[7,8]。染料废水一直被视为难以处理的工业废水之一。偶氮染料在常规好氧处理工艺中难以生物降解，近年来，随着染料技术的发展和染料产品的升级换代，染料废水的处理变得越来越困难。传统的废水处理工艺已不能满足染料废水的处理要求。 Adopting some new process and improve the treatment efficiency for dye wastewater is the most urgent problem.

近年来，高级氧化技术被描述为从几种有机化合物中获得高氧化产率的有效程序[9-11].作为高级氧化技术之一，电Fenton技术已被研究用于处理难降解有机废水，并取得了较好的发展[12-15]。电Fenton主要依靠原位催化生产Fenton试剂–过氧化氢（H₂O₂)和亚铁(Fe^2＋)产生羟基自由基与水中的有机污染物发生反应，最终导致其破坏[16,17]。在electro-Fenton、铁^2＋和H₂O₂和H₂O₂在催化量的铁离子存在下是否产生电，从而导致

强氧化剂HO▪的形成[18-20]。

O₂+ H⁺→H₂O₂…(1)
铁^2＋+ H₂O₂→铁^３＋+ ho▪+ oh−...... (2)
何鸿燊▪+ H₂O₂→H₂O +何₂▪……（3)
铁^３＋+何₂▪ → 铁^2＋+ H⁺+ O₂……（4)
铁^2＋+何₂▪ → 铁^３＋+何₂- ...... ( 5)
铁^2＋+ OH→Fe^３＋+哦-……（6)

Serkan Sahinkaya[21]研究了电- fenton氧化与超声相结合的工艺对合成纺织品中活性黑5的降解和化学需氧量(COD)的去除₂O₂投加量为800 mg/L时，可达到较高的rb5降解和COD去除率。Ricardo Salazar等人研究了利用太阳能光电fenton法从水中降解分散偶氮染料，结果表明，电fenton法以及附加的Fe(III)配合物与副产物的光分解使得两种染料溶液几乎完全矿化。Ali Ozcan et al.[23]以海绵碳为阴极材料进行电- fenton法降解合成染料碱性蓝3,TOC去除率达91.6%。

采用双极电fenton法处理刚果红废水。通过系统分析，探讨了该技术的可行性。

材料和方法

Fe-ACF-electro-Fenton工艺在无隔膜玻璃池中以分批方式进行，通过磁搅拌器和1000 mL溶液进行剧烈搅拌。阳极为尺寸为10 cm*8cm*0.5cm的铁片，阴极为尺寸为10cm*8cm的活性碳纤维。压缩空气通过空气泵输送至阴极（图1）用直流电源进行电解。刚果红废水为模拟水，刚果红溶解在水中，钠浓度为0.1M₂所以₄该溶液被用作支撑电解质。

在室温下电解，加入0.1 mol/L硫酸溶液和氢氧化钠调节水的pH。用分光光度法测定刚果红的浓度。

结果与讨论

在本研究中，研究了pH值、支持电解质浓度、电解时间和操作电压的影响。下面给出了本研究的结果。刚果红的初始浓度为0.7 mmol/L。

pH值的影响

PH值对电- fenton法处理效果有一定影响。一般来说，为了高产。oh，水的pH控制在2-3左右。在本组实验中，电解液浓度恒定在10 g/L，操作电压为25V, pH值分别为2.0、5.0、7.0。注意，在相同的条件下，每个pH值至少重复3次实验，并使用平均值进行计算。pH对刚果红去除率的影响如图2所示。

从不同pH值下对刚果红的平均去除率可以看出，pH值对双极电fenton法去除刚果红的效果有影响。pH 7.0下的刚果红在整个电解过程中去除率较高，而在pH 5.0和2.0较低时，去除率先降低，然后随着电解过程的进行而提高。

这可能是因为当水的pH为7.0时，刚果红以磺酸钠盐的形式存在(图3)，容易被氧化。而随着pH的降低，刚果红的形态发生了变化。特别是当pH < 3.0时，刚果红与- nhh以邻位醌类盐的形式存在(图4)^2＋，抗氧化。由此可见，在较低的pH值下，刚果红的去除率在初期相对较低。但随着电解过程的进行，氧化因子(。oh)增加，刚果红的去除率增加。

传统的高级氧化工艺是在酸性pH (pH值为2.0-5.0)条件下进行的，以获得高得率的羟基自由基，这给该技术的应用带来了很大的限制。

图1:双极电-芬顿系统示意图

图2:不同pH对刚果红的去除率

图3:刚果红在中性pH下的化学结构

图4:刚果红在酸性pH值(小于3)下的化学结构

在本实验中，最适pH值为7.0，突破了酸性pH的限制，非常有利于工艺的发展。

支持电解质浓度的影响

根据上述实验结果，pH值保持恒定在7.0，工作电压为10V，支持电解质浓度为5、10、15、20、25和30g/L，以考察电解质浓度的影响。图5显示了不同电解质浓度下刚果红的去除效率，以及图6显示了COD的去除率。从这两个图中可以看出，刚果红的去除效率随着电解液浓度的增加而增加。图5的结果表明，当电解液浓度为5 g/L时，刚果红在整个电解过程中的去除效率非常低。但当当三醇盐浓度增加到10g/L时，刚果红的去除率明显提高，且随着电Fenton工艺的进行而提高。

图5:支持电解质浓度对刚果红去除的影响

图6:支持电解质浓度对COD去除的影响

这可能是因为水是从自来水合成的水，电导率很低。当电解液浓度较低时，电流效率较低，电解过程中难以产生芬顿反应，无法氧化去除刚果红。而随着电解液浓度的增加，电流效率增加，电解过程中容易产生芬顿反应，因此刚果红会被氧化和去除。随着电解过程的进行，产生的羟基越来越多，对刚果红的去除效率提高。

操作电压的影响

在本组实验中，电压变化(5、10、15、20、25、30V)， pH恒定在7.0，电解液浓度保持在10 g/L。电压的影响结果如图7所示。电压对电- fenton法去除刚果红有明显的正向影响。在5V低电压下，5min时刚果红的去除率为74.3%，60min时去除率降至87.1%。随着电压的增加，去除率增加。在10V电压下，速率由5min时的80.3%提高到60min时的97.1%。在15V时，5min去除率达到85.7%，55min去除率达到100%;在20v、25v和30V时，5min去除率分别为90%、91.4%、92.9%，45min、25min和20min去除率分别达到100%。

图7:操作电压效应

结论

结果表明，Fe-ACF双极电fenton法处理刚果红废水具有良好的效果。pH值、支持电解质浓度、电解时间和操作电压等因素影响刚果红废水的处理效果。在实验条件下，最适pH为7.0。操作电压和支持电解质条件对刚果红的处理有正向影响。例如，本研究中的双极电- fenton工艺可以去除100%的刚果红颜色和高达95%的COD。双极电- fenton法技术突破了酸性pH条件的限制。

致谢

作者感谢“2014年大连市建设科技计划项目”和“2012年中央入海黄金工程(环境)-辽宁省双台子河口湿地植被修复与重建”项目的支持。

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条信息

Aritcle类型:研究文章

引用:张杰，邵米，陶平（2015）.铁-活性炭纤维双极电芬顿技术处理刚果红废水.国际水与废水处理杂志2（1）：doihttp://dx.doi.org/10.16966/2381- 5299.114

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出版的历史:

收到日期:2015年11月03

接受日期:2015年12月11日

发表日期:2015年12月15日