铁碳微电解法处理ci酸性橙7废水的研究

铁碳微电解法处理ci酸性橙7废水的研究

偶氮染色材料（偶氮基部两端连接芳基的有机化合物）是在纺织印花工艺中应用最广泛的合成染色材料。它主要用于天然和合成纤维的染色和打印，也用于油漆、塑料、橡胶和其他颜色。在特殊条件下,它能分解产生20多种致癌芳香胺,经过活化作用改变人体的DNA结构引起病变和诱发癌症,是目前种类最多的一大类染料。在生产和应用的过程中,约有10%~15%的染料未经处理即被排放到环境中去并可能严重影响接触者的健康。因此,偶氮染料废水必需在排放前进行无害化处理。目前,已有多种处理偶氮染料废水的方法,包括物理法、化学法、生物法,其中微生物脱色法被认为是最为有效且对环境无害的方法铁碳微电解法处理偶氮染料过程中破坏了偶氮染料的共轭基团结构而使其脱色,生成含有-NHC.I.酸性橙7主要是由对氨基苯磺酸重氮化,与2-萘酚偶合而得。苯环、萘环通过偶氮键连接,磺酸基能够增加C.I.酸性橙7在水中的溶解度,该组成构成了偶氮染料结构的基本要素。因此,本文选取C.I.酸性橙7废水为实验对象探讨铁碳微电解法对C.I.酸性橙7的降解过程,并推断其转化机理。对于偶氮染料废水的治理方法具有指导意义。1实验部分1.1填料和铁碳材料C.I.酸性橙7废水:配制,C.I.酸性橙7质量浓度为1000mg/L,COD为1589mg/L,pH值6.7,外观呈橙黄色。铁碳填料:山东龙安泰环保科技有限公司,粒径3~4cm,有效成分为铁碳+多金属合金。Waters1525高效液相色谱仪:上海沃特世科技有限公司;COD快速测定仪:美国哈希公司;CHI600E电化学工作站:上海辰华仪器有限公司;紫外分光光度计:美国哈希公司;便携式pH计:上海梅特勒-托利多国际贸易有限公司;HJ-6磁力搅拌器:巩义市予华仪器有限责任公司。1.2曝气管的设置铁碳微电解反应器由玻璃制成,如图1所示,高30cm,内径3.5cm,有效容积250mL,底部侧面设置曝气管,用于反应过程中的曝气搅拌。1.3c.i.酸性橙6个月率水质测定,样品总fe向反应器中加入椭圆形铁碳填料,使其堆叠一定高度,投入250mL的C.I.酸性橙7废水,pH调至2,开启空气泵进行曝气搅拌,反应不同时间后取两个样,一个样品用于测定Fe1.4氨基苯磺酸与1-氨基-2-酚溶液的配制采用重铬酸钾法搭配COD快速测定仪测定C.I.酸性橙7废水COD。采用重铬酸钾滴定法测定溶液中的FeC.I.酸性橙7、对氨基苯磺酸与1-氨基-2-萘酚浓度的测定采用高效液相色谱法。液相色谱检测条件:色谱柱为C18(5μm,4.6mm×250mm);流动相为甲醇∶水=30∶70,四乙基溴化铵2g/L,用超纯水配制,流动相使用前过0.45μm滤膜并脱气20min;流速为1.0mL/min;检测波长为254nm;试样均经过0.45μm滤膜过滤,进样量为20μl。2铁碳微电解对酸性橙色的还原效果2.1降解c.i.酸性橙7的浓度按照实验方法对C.I.酸性橙7废水进行铁碳微电解,实验结果见图2。由图2可知,在开始的60min内,C.I.酸性橙7浓度迅速下降,由1000mg/L下降至110mg/L,降解率达到89%,COD去除率可达40%;延长反应时间,C.I.酸性橙7的浓度变化不大。这是因为反应开始时,体系的pH较低,由于氧的电位较高,增加铁碳的电位差,能促进电极反应。在酸性条件下,Fe2.2对氨基苯磺酸缩合反应产物的浓度为了确定C.I.酸性橙7的还原产物,用高效液相色谱分别对进水、出水样品进行检测,进水水样在5.10min出现一个明显的原料峰,确定为C.I.酸性橙7(AO7);出水水样在2.576min出现一个明显的产物峰,确定为对氨基苯磺酸;在3.975min出现一个明显的产物峰,确定为1-氨基-2-萘酚。出水中对氨基苯磺酸、1-氨基-2-萘酚的浓度随着反应时间的变化如图5所示,反应初始时,C.I.酸性橙7降解率较低,仅有15%左右,其还原产物对氨基苯磺酸、1-氨基-2-萘酚均开始生成。随着反应进行,对氨基苯磺酸的生成率增长较快,1-氨基-2-萘酚的生成率幅度较低。当反应进行60min后,对氨基苯磺酸的生成率在80%~87%之间,1-氨基-2-萘酚的生成率在60%~75%之间浮动,小于对氨基苯磺酸的生成率,这一现象的原因可能是1-氨基-2-萘酚稳定性较差,转化为其它副产物。3降解过程机理为了进一步了解铁碳微电解法处理C.I.酸性橙7废水的机理,本试验通过紫外-可见吸收光谱、循环伏安曲线对C.I.酸性橙7的中间产物进行分析并推断其可能的降解过程。3.1c.i.酸性橙7的结构表征本实验分别从C.I.酸性橙7废水、铁碳微电解反应中取样,采用哈希仪器紫外-可见分光光度法在200~800nm范围内扫描各溶液的吸收光谱,扫描数据如图6所示。C.I.酸性橙7结构中的偶氮键的最大吸收波长在484nm处,位于可见光谱区>400nm,苯环与萘环结构的最大吸收波长在紫外区。由图6可知,C.I.酸性橙7在紫外-可见光谱区有5个吸收峰,分别为228nm、255nm、310nm、400nm、484nm。根据有机波谱理论分析,结合C.I.酸性橙7的结构式可知:-N=N-键是含有p电子的原子团,它与苯环和萘环形成4-磺酸-2-萘酚的共轭发色体系,其特征吸收峰出现在400nm和484nm处;在紫外区的三个特征吸收峰中,228nm、255nm处为苯环的特征吸收峰,310nm处是萘环的特征吸收峰。在铁碳微电解反应液的光谱图中,可见光区484nm处的特征峰完全消失,说明C.I.酸性橙7分子中的发色基团-偶氮键已完全断裂;而紫外区的248nm处出现了一个特征吸收峰,说明C.I.酸性橙7的偶氮键断裂后被还原为对氨基苯磺酸与1-氨基-2-萘酚,即为芳香胺类化合物。3.2c.i.酸性橙7的铁碳微电解过程的电化学特征在铁碳微电解过程中,将铁碳填料浸入电解质溶液,在氧的作用下Fe和C之间存在1.2V的电极电位差,会形成无数的微电池系统,在其作用空间构成一个电场,阳极铁被氧化生成大量的Fe为了深入理解C.I.酸性橙7在铁碳微电解反应中的还原过程,本实验采用电化学工作站CHI600E模拟铁碳微电解反应过程的电场环境,以玻碳电极代替铁碳微电解的阴极,扫描循环伏安曲线如图7所示,以0V为扫描起点,电位负向第一圈扫描中只出现一个不可逆的还原峰(I4c.i.酸性橙7的化合物结构表征(1)铁碳微电解过程中,通过曝气的方式增加了铁碳的电位差,能有效促进电极反应进行。在酸性条件下,使C.I.酸性橙7分子中的-N=N-在碳表面得到电子被还原为-NH-NH-,进而转化为易被氧化的芳香胺类化合物。C.I.酸性橙7的还原产物1-氨基-2-萘酚的生成率低于对氨基苯磺酸的生成率,原因可能是1-氨基-2-萘酚稳定性较差,被转化为其它副产物。(2)在C.I.酸性橙7的浓度为100