催化铁内电解法处理含铬废水
第 31 卷,第 7 期
七月
水处理技术V01.31No.7
.2005
催化铁内电解法处理含铬废水
冯俊丽,马鲁明
(1.同济大学环境科学与工程学院,上海;2.同济大学国家城市污染控制项目,上海)
研究中心(上海)
采用催化铁内电解法处理含铬废水,铜起到强化内电解阴极能力的作用。
处理效果更佳。
研究了内电解过程的各种影响因素及动力学特征,结果表明,降低初始pH值、提高
溶液的电导率提高反应温度
可加快反应速率,提高加工效率。
关键词:六价铬;内电解;腐蚀;动力学
分类代码:X703.1 文献代码:A 文章章节编号:(2005) 07.0042.04
1 概述
铬的化合物常见形式为三价(C)和六价(Cr-。
在工业废水中,铬主要以六价铬(CrO~、-、HCr()、Cr20~等)形式存在。
六价铬毒性极大,比三价铬毒性更大。
体积增大100倍,且容易被人体吸收并在体内蓄积。
标准中,铬被列为第一类污染物,是水污染控制的重要内容。
重要指标。
1.1含铬废水的主要处理方法
含铬废水的工业处理方法包括:化学还原法、
离子交换法、电解法、电渗析法、反渗透法、生物法等。
化学法投资少,运行费用低,处理效果好。
最为常见,但流程复杂,操作繁琐,应用
pH范围较窄,还原剂用量较大。其他方法
但由于处理成本较高、实用程度较低,在实际废水处理中并未得到广泛应用。
在艺术方面应用率较低。
1.2 铁铜内电解法处理含铬废水
使用铁屑处理含铬废水可以减少所需的铁量,并且
随之产生的大量沉积物具有广阔的开发前景。
内电解法是添加催化剂铜或其他
它对材料起催化作用,铜作为阴极,与铁形成宏观腐蚀。
通过加强内部电解阴极能力,腐蚀系统得到改善
同时废铁表面还有颗粒物。
按照一定规律分布的各种杂质,有转移电子的作用,加速铁的腐蚀。
用于形成微型电池的铁作为阳极不断失去电子并被消耗
这是一个包括电化学、物理学、化学等多原理的研究。
综合处理工艺,处理效果好,操作简便,pH适宜
优点有范围广等。
2 实验部分
2.1 实验材料
废铁,除油后清洗干净备用;催化剂是铜,切成薄片
静态小试用水全部用蒸馏水配制。
所有产品均为 AR 级。
2.2 分析测试仪器
便携式pH计、752紫外可见分光光度计、
756MC 紫外可见分光光度计、HYGA 振动柜、
数字电导率仪、85.2恒温磁力搅拌器、
AG285电子天平。
2.3 含铬废水检测方法
将铁屑和铜条按一定比例混合,放入
在500mL广口试剂瓶中,加入400mL待处理的废水。
在厌氧条件下,恒温振荡反应一定时间(摇瓶柜转速
140r/min,除温度影响外,其余均保持恒温25℃)。
样品经过过滤然后测量。
3。结果与讨论
3.1 铁内电解法处理含铬废水
3.1.1 铁粉催化铁内电解法处理含铬废水
取等体积浓度约30mg/L的Cr(VI)废水
收讫日期:2004.07.14
资助项目:国家高技术研究发展计划(863)项目()
作者简介:冯君丽(1980一),女,硕士生,研究方向为水污染控制;
冯俊丽等,催化铁内电解法处理含铬废水
(添加0.02 mol/mol作为支持电解质),放入
在装有铁铜填料的试剂瓶中,调节pH为3.0、5.0、7.0,
9.0,将瓶子在摇床中摇晃片刻,结果如图1所示。
将过量的还原铁粉加入试剂瓶中,然后用等体积
将含Cr(VI)废水在不同初始pH条件下进行厌氧搅拌。
搅拌反应,结果如图2所示。
,-,
甜的
時間 (雨)
图1 催化铁内电解处理含Cr(VI)废水效果
,-,
外套
时间(-英寸)
图2 还原铁粉对含Cr(V1)废水的处理效果
从图1可以看出,在不同初始pH条件下,催化
铁电解法对Cr(VI)废水有良好的处理效果。
如图 2 所示,使用还原铁粉去除 Cr(VI) 受 pH 值影响
搅拌速度比摇瓶器的摇晃速度快。
速度要快得多,而且铁粉具有巨大的比表面积,使铁粉
在酸性条件下它与Or(W)能充分接触,且反应速度很快。
反应速度快,5分钟内即可完成。当pH值升高时,
在同样的搅拌速度下,反应速率仍然急剧减慢。比较图1
如图 2 所示,pH 值为 5 时,催化铁内电解
催化铁的还原率
内电解法处理Or(W)废水过程中,微观腐蚀与宏观腐蚀
在观察和腐蚀的双重作用下,加快了铁屑的腐蚀速度,提高了铁屑的腐蚀速度。
Fe浓度的增加,扩大了反应适宜的pH范围,大大提高了
治疗效果。
3.1.2 氢氧化亚铁还原Cr(V0)。
配制一定浓度的FeSO4?7H20(过量)溶液,使用
氢氧化钠调节pH值,确保Fe离子完全转化成深绿色
结果表明,Fe(O:)与Cr(VI)发生厌氧反应。
Fe(OH)具有强还原作用,且能在短时间内还原。
Cr(VD)本身会生成棕黄色Fe(On)沉淀。
3.2 含铬废水降解率
,\-使用30mg/L Cr(VI)废水,
中间出水中Cr(VI)的去除率如图3所示。从图3可以看出,
反应时间对Cr(VI)的去除率有显著影响。
反应时间逐渐减少。在反应的初始阶段,反应速率
去除速度很快,达到近40%,随后反应速率迅速变化。
原因可能是:Cr(VI)浓度降低,pH值升高
催化铁中 Cr(VI) 的电解还原
在反应的初始阶段,必须有反应物向铁屑表面扩散。
颗粒表面的过程和溶液中的能量
表面积的差异导致吸附。
表面活性较高,吸附CrW1)后发生还原。
反应,整个反应过程中吸附所需时间较短。
,-,
甜的
時間(1in)
图3 含铬废水去除速率曲线
绘制 lnC 与时间 t 的关系图,可得到良好的线性关系(见
图4)显示了一级动力学反应特性。
该系统是一个多相系统,所涉及的反应可能包括氧化还原,
电化学还原、吸附等是多种处理原理的综合作用。
因此,铁的表面积也会影响Cr(W)的还原去除速度。
速率[”,所以它只能被称为明显的一级反应。
时间(-英寸)
图4 lnC-t关系曲线
3.3 pH对处理效果的影响
从图1还可以看出,随着初始pH值的降低,反应速率
44水处理技术第31卷第7期
原因是H浓度的增加有利于腐蚀的扩展
腐蚀电池的电位差增大了铁的活性,从而加快了腐蚀速度。
反应速度也更快;同时,在酸性条件下,Cr(VI)的氧化
化学性质强,容易获得电子进行还原反应;另外铁的氧
该化学品在酸性条件下易溶解,不会沉积在铁屑表面。
表面影响铁和 Cr(VI) 之间的接触。在碱性条件下,Fe
铁屑活性降低,氧化产物越来越多地沉积在铁屑表面。
该表面阻止了元素铁和cr(vI)之间的有效接触。
3.4 电导率及电解质对处理效果的影响
3.4.1电导率对处理效果的影响
取同体积浓度30mg/L Cr(VI)废水,分离
不加电解质或添加不同浓度的支持电解质
()不同电导率条件下(25℃),恒温
经过一段时间的振荡后,测量了 Cr(VI) 的去除率(见图 5)。
薯
橡木
时间(分钟)
图5 电导率对处理效果的影响
溶液的电导率对于内部电解反应至关重要。
图5显示,加入硫酸钠后,溶液中的离子数量增加。
增强废水的电导率,促进原电池的反应,收缩
缩短反应时间。当溶液电导率增加不多时,
923~S/cm,相同时间内处理效率的提高并不显著。
当电导率增加到2770~S/cm时,处理效果
有资料显示,当离子强度较高时,
反应速率常数是一个常数。一般含有酸、碱、盐的工业废液
水,电导率可达10000~S/cm。因此,在实际废水中
在处理过程中,响应速度非常快。
3.4.2 电解质对处理效果的影响
取相同体积浓度的Cr(VI)废水,加入
添加不同的电解质,并控制在相同的电导率(25°C)下反应。
确定了Cr(VI)的去除率(见图6)。
添加不同类型的电解质是为了研究不同阴离子对
如图6所示,NaCl作为支持电极。
处理效果进一步提高,Cr(VI)
转化率提高了近20%。测试结果表明,通过提高电导率
同时,cr离子比so',-离子有更强的渗透速度。
能促进铁的腐蚀和溶解,并加速该反应。
薯
解开
时间(分钟)
图6 不同电解质对治疗效果的影响
3.5 温度对处理效果的影响
取相同体积浓度为30mg~Cr(VI)的废水,分离
在不同温度条件下,振荡反应一段时间,取样过滤
然后确定Cr(VI)的转化率并计算表观反应速率常数。
数字。
,。一
解开
時間 (雨)
图7 反应温度对处理效果的影响
温度(K)
图8 反应温度对反应产物的影响
从图7和图8可以看出,提高废水的反应温度
反应速率常数增大,crf~)的还原速率加快,处理
效果有所提高。且在整个温度范围内(298K~343K)
反应速率常数随温度的升高而线性增加。
改变对反应的影响比较均匀,在一定范围内使反应得到提高。
反应温度不仅可以提高系统对Cr(VI)的处理效率,而且可以缩短反应时间。
應該是時間了。
另外,铁屑表面的氧化物根据铁屑和铜的种类不同而不同。
冯俊丽等,催化铁内电解法处理含铬废水
处理过程中膜和废水的湍流对处理效果有影响。
有一定的影响。
4。结论
这是由溶解等多种因素造成的。
添加电解质来提高溶液的电导率可以大大提高
反应速度快。同时,不同类型的阴离子也会影响铁的腐蚀。
腐蚀有一定的影响,从而影响反应的处理效果。
催化铁内电解处理含Cr(VI)废水,铜起重要作用
阴极作用增加了腐蚀系统的反应性。微观腐蚀
它与宏观腐蚀一起扩大了适合反应的pH值范围。