專利名稱：一種含有機(jī)酚廢水的高效處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水處理、環(huán)境保護(hù)型材料領(lǐng)域，特別涉及有機(jī)酚類廢水處理。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)有機(jī)廢水的排放量和種類日益增加。它的大量排放給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重污染，有害于人類健康及生物的生長(zhǎng)繁殖，影響經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。其中酚類廢水是一種較難處理徹底的有機(jī)污染物，它在工業(yè)廢水中廣泛存在，例如印染、塑膠、醫(yī)藥、煉油、煉焦等。目前采用的生物法、混凝沉淀法、活性炭吸附法、臭氧氧化法、泡沫分離法、離子交換法、反滲透法和超濾法，或者處理效果較差、造價(jià)太高，或者存在二次污染、后續(xù)處理困難，導(dǎo)致工程技術(shù)問(wèn)題將更為棘手。近年來(lái)電化學(xué)及納米氣泡法混合法成了這類污染物處理的一個(gè)新方向。納米氣泡由于其獨(dú)特的優(yōu)異性質(zhì)，應(yīng)用前景十分廣闊。納米氣泡在水體中的增氧作用的效率相當(dāng)高，僅數(shù)小時(shí)就可以使較大范圍內(nèi)的水體溶解氧迅速提高，使水體中的化學(xué)需氧量降低。 這是因?yàn)榧{米氣泡的表面積能有效增大，氣泡的表面能也大幅度增大，表面能的增大及氣泡內(nèi)能量增大可以加強(qiáng)表面氧化反應(yīng)，可以提高氧的利用率。電化學(xué)及納米氣泡的混合使用，使得在陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣及臭氧共同作用下有機(jī)酚類廢水除去率大幅度提高，最終氧化分解成H2O和C02。理想的電極材料具有高的電化學(xué)活性、良好的穩(wěn)定性、好的導(dǎo)電性，并且來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、環(huán)保無(wú)二次污染。目前，用于電化學(xué)處理有機(jī)污染物的電極表現(xiàn)出高的電化學(xué)活性和良好的穩(wěn)定性，但有些會(huì)析出有害離子而導(dǎo)致二次污染，有些價(jià)格昂貴，這使得此類應(yīng)用受到限制。石墨具有導(dǎo)電性好、來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、環(huán)保無(wú)二次污染的特點(diǎn)，但碳電極總的來(lái)說(shuō)效果差、 穩(wěn)定性差。凹凸棒土來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，具有獨(dú)特的層鏈狀結(jié)構(gòu)特征，它的內(nèi)部擁有巨大的比面積，從而凹土被廣泛用于吸附劑、水凈化、污水處理等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種無(wú)二次污染、降低成本的含有機(jī)酚廢水的高效處理方法。本發(fā)明技術(shù)方案是在有機(jī)酚類廢水中加入聚乙二醇400，在電解作用下溶液中產(chǎn)生粒徑為50 200nm的氧氣、臭氧納米氣泡，利用電化學(xué)氧化和納米氣泡的協(xié)同作用，對(duì)有機(jī)酚類廢水進(jìn)行高效處理。具體方案是將含有機(jī)的酚廢液用0. lmol/L的H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)pH至7，加入質(zhì)量百分比為4%的聚乙二醇400水溶液，將混合體系升溫至45 55°C，將凹凸棒土和石墨復(fù)合制成陽(yáng)電極，以不銹鋼為陰極，在電流密度為20mA/cm2的條件下進(jìn)行電解反應(yīng)。本發(fā)明利用凹凸棒土獨(dú)特鏈狀結(jié)構(gòu)特征，及其對(duì)有機(jī)物較強(qiáng)的吸附能力，將凹凸棒土酸化，使其與膨脹石墨復(fù)合，形成較大比表面積的復(fù)合材料，將其制備成電極。在有機(jī)酚類廢水中加入表面活性劑——聚乙二醇400，電解作用下溶液中產(chǎn)生粒徑為50-200nm的氧氣、臭氧納米氣泡。利用電化學(xué)氧化及納米氣泡的混合作用對(duì)有機(jī)酚類廢水進(jìn)行高效處理，開(kāi)發(fā)出價(jià)格低廉、環(huán)境友好型的電極材料及高效處理有機(jī)酚類廢水的新技術(shù)。本發(fā)明的復(fù)合材料電極可進(jìn)行半年以上連續(xù)運(yùn)行，產(chǎn)生的納米氣泡效率高、且具有很強(qiáng)的強(qiáng)氧化能力，廢水中有機(jī)酚在電化作用和陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣、臭氧納米氣泡共同作用下，能高效處理， 有機(jī)酚類的降解率達(dá)到100%。本發(fā)明不僅方法簡(jiǎn)單，而且除去率高，對(duì)有機(jī)酚的除去率達(dá) 95%。對(duì)COD的除去率達(dá)85%。由于本發(fā)明使用的材料均價(jià)格低廉，無(wú)二次污染，且電極在多次實(shí)驗(yàn)后也不被腐蝕，有效提高了反復(fù)利用率，降低了廢水處理的成本。本發(fā)明所述陽(yáng)電極的制造方法是將石墨粉進(jìn)行膨脹處理后與凹凸棒土粉末混合，以丙酮溶解環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑，將兩混合體系再混合，攪拌均勻直至變成粘結(jié)狀，然后經(jīng)模具壓塊，再經(jīng)固化后，于150°c下在烘烤4h。其中，膨脹的石墨粉與凹凸棒土粉末的混合質(zhì)量比為4:1。本發(fā)明中將石墨粉和凹凸棒土分別進(jìn)行處理。石墨粉膨脹后，體積可以達(dá)到初始時(shí)的200倍，疏松多孔結(jié)構(gòu)，提高了吸附性能，使得凹凸棒土更好的嵌入其中通過(guò)掃描電鏡可以看出。而凹凸棒土進(jìn)行酸化后BET的數(shù)據(jù)顯示，其比表面積從120m2/g擴(kuò)大到318m2/ g，有效增強(qiáng)了其吸附能力。有機(jī)酚廢液加入聚乙二醇400進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)后，溶液中產(chǎn)生的納米氣泡通過(guò)透射電鏡可以看出尺寸在50-200nm之間，通過(guò)負(fù)染-電鏡和原子力顯微鏡， 可以看出納米氣泡為球冠狀。
具體實(shí)施例方式一、制備陽(yáng)電極棒
方案I :
(I)取IOg石墨粉用2.5g高錳酸鉀、56g硝酸、200g磷酸混合，攪拌Ih后，抽濾、洗滌直至洗出液為中性，取出石墨粉烘干，在800°C高溫下膨脹30s，制得8. 5g膨脹石墨粉。(2)取5 g凹凸棒土用250 ml水浸泡24h后，取5g放入園底燒瓶中，加水?dāng)嚢?24h后轉(zhuǎn)入燒杯中，自然靜置后，取上層懸浮液過(guò)濾，烘干，取得4. 5g凹凸棒土粉末。(3)取制得的Ig凹凸棒土粉末,在室溫下超聲20min后和4 g膨脹石墨混合。取0. 8 g環(huán)氧樹(shù)脂和0. 2g固化劑氯化銨,加入I. 5ml丙酮,形成混合溶液,倒入5g 凹凸棒土粉末和石墨粉的混合物中，充分?jǐn)嚢鑜Omin，直至變成粘結(jié)狀，然后分別裝入模具， 在140N/cm2的壓力下壓制成塊，脫去模具，在室溫下自然固化24h，150°C下在馬弗爐中烘烤 4h。方案2:
(I)膨脹石墨粉的制備方法與方案I中(I)相同。(2)取5g凹凸棒土與15g重量百分比為38%的鹽酸混合，加熱回流2h后，抽濾， 洗滌直至洗出液為中性，烘干制得酸化的凹凸棒土粉末。(3)取制得的Ig酸化的凹凸棒土粉末，在室溫下超聲20min后和4g膨脹石墨混
口 o取0. 8g環(huán)氧樹(shù)脂和0. 2g固化劑氯化銨,加入I. 5ml丙酮,形成混合溶液,倒入5g 酸化的凹凸棒土粉末和石墨粉的混合物中，充分?jǐn)嚢鑜Omin，直至變成粘結(jié)狀，然后分別裝入模具，在140N/cm2的壓力下壓制成塊，脫去模具，在室溫下自然固化24h，150°C下在馬弗爐中烘烤4h。二、處理有機(jī)廢水
將聚乙二醇400和水按一定比例混勻。取一定量的苯酚，溶解，于容量瓶中定容至刻度線，將聚乙二醇400溶液加入苯酚溶液中，用將凹凸棒土和石墨復(fù)合制成陽(yáng)電極，不銹鋼為陰極進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)。(I) 電解的電流密度對(duì)除去率的影響
取200mL 0. 2g/L的苯酚廢液4份，用0. lmol/L的H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)pH到5，在溫度 25°C下,改變電流密度，分別為 2. 5mA/cm2>5mA/cm2、IOmA/cm2>20mA/cm2>25 mA/cm2 電解苯酌' 廢液60min，分別取電解液，利用4 一氨基安替比林直接光度法對(duì)苯酚含量進(jìn)行檢測(cè)，采用重鉻酸鉀法對(duì)COD含量進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)論廢水中苯酚和COD的去除率隨電流密度的增大而增大，在電流密度為20mA/ cm2時(shí)，電解60min后，去除率不再變化，苯酚的除去率達(dá)99%，COD的去除率達(dá)93%。(2) 電解液的pH值對(duì)除去率的影響
取200mL 0. 2g/L的苯酚廢液12份，用0. lmol/L的H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)pH分別為I、2、
3、4、5、6、7、8、9、10、11、12在溫度25。。，電流密度20mA/cm2的條件下電解苯酚廢液60min， 分別取電解液，對(duì)苯酚和COD含量檢測(cè)的方法同上。結(jié)論廢水中苯酚和COD的去除率隨pH的增大先增大后減小，當(dāng)pH達(dá)到7左右， 去除率達(dá)到最大。苯酚的除去率達(dá)100%，COD的去除率達(dá)95%。(3) 電解溫度對(duì)除去率的影響
取200mL 0. 2g/mL的苯酚廢液4份，用0. lmol/L的H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)pH到7，改變溫度，分別為25°C、35°C、45°C、55°C在電流密度為20mA/cm2的條件下電解苯酚廢液60min，分別取電解液，對(duì)苯酚和COD含量檢測(cè)的方法同上。結(jié)論廢水中苯酚和COD的去除率隨溫度的升高而增大，當(dāng)溫度達(dá)到45°C時(shí)，電解 60min后，去除率不再變化。苯酚的除去率達(dá)99%，COD的去除率達(dá)95%。(4) 納米氣泡對(duì)除去率的影響
取200mL 0. 2g/mL的苯酚廢液10份，用0. lmol/L的H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)pH到7， 配制聚乙二醇400溶液使得溶液質(zhì)量比為，聚乙二醇400 H20=4%，在苯酚廢液中分別加入 lmL、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、IOmL 聚乙二醇 400,在溫度 55°C,電流密度 20mA/cm2的條件下電解苯酚廢液60min。取電解液，對(duì)苯酚和COD含量檢測(cè)的方法同上。結(jié)論廢水中苯酚和COD的去除率隨聚乙二醇400含量的增大先增大后減小，當(dāng)加入聚乙二醇400體積為8mL時(shí)，去除率達(dá)到最大，電解60min后，去除率不再變化。在電化學(xué)和納米氣泡的混合作用下，苯酚的除去率達(dá)100%，COD的去除率達(dá)96%。
權(quán)利要求
1.一種含有機(jī)酚廢水的高效處理方法，其特征在于在有機(jī)酚類廢水中加入聚乙二醇 400，在電解作用下溶液中產(chǎn)生粒徑為50 200nm的氧氣、臭氧納米氣泡，對(duì)有機(jī)酚類廢水進(jìn)行聞效處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種含有機(jī)酚廢水的高效處理方法，其特征在于將含有機(jī)的酚廢液用0. lmol/L的H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)pH至7，加入質(zhì)量百分比為4%的聚乙二醇400水溶液，將混合體系升溫至45 55°C，將凹凸棒土和石墨復(fù)合制成陽(yáng)電極，以不銹鋼或鐵為陰極，在電流密度為20mA/cm2的條件下進(jìn)行電解反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述含有機(jī)酚廢水的高效處理方法，其特征在于所述陽(yáng)電極的制造方法是將石墨粉進(jìn)行膨脹處理后與凹凸棒土粉末混合，以丙酮溶解環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑，將兩混合體系再混合，攪拌均勻直至變成粘結(jié)狀，然后經(jīng)模具壓塊，再經(jīng)固化后，于150°C下在烘烤4h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述含有機(jī)酚廢水的高效處理方法，其特征在于所述膨脹的石墨粉與凹凸棒土粉末的混合質(zhì)量比為4 I。
全文摘要
一種含有機(jī)酚廢水的高效處理方法，屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。在有機(jī)酚類廢水中加入聚乙二醇400，在電解作用下溶液中產(chǎn)生粒徑為50～200nm的氧氣、臭氧納米氣泡，利用電化學(xué)氧化和納米氣泡的協(xié)同作用，對(duì)有機(jī)酚類廢水進(jìn)行高效處理。本發(fā)明使用的材料均價(jià)格低廉，無(wú)二次污染，且電極在多次實(shí)驗(yàn)后也不被腐蝕，能有效提高反復(fù)利用率，降低廢水處理的成本。
文檔編號(hào)C02F1/46GK102531109SQ20121003113
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者劉天晴, 左明明, 黃星雨 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)