CN103058334B - 一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，该方法利用包括石墨烯薄膜电极的装置对印染废水进行电化学处理，该装置包括反应器本体、泵、电源、Ti电极、石墨烯薄膜电极和支架；利用上述装置电化学处理印染废水的方法步骤：用泵将印染废水从反应器入口泵入反应器本体中，Ti电极和石墨烯薄膜电极均与印染废水接触进行电化学处理，印染废水在反应器本体中经过电化学处理后，透过石墨烯薄膜电极，从反应器出口自然流出。本发明方法利用包括石墨烯薄膜电极的装置处理印染废水，不仅能够对印染废水进行吸附处理，同时能够电解处理，总有机碳含量去除效率高；电源电压低，电能消耗少。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，属于废水处理的技术领域。
背景技术
纺织印染行业是我国用水量较大，排放废水量较多的工业部门之一；这类废水往往含有多种有机染料及其中间体，具有排放量大，成分复杂，色度深，毒性强，难降解，pH值波动大，组分浓度高且变化大的特点。一般处理方法有：物理法（如：过滤法，沉降法，气浮法以及磁分离法等）、化学法（如：化学混凝法，氧化法以及电解方法等）和生物化学方法等。其中传统的电解法可以较好地去除染料，但是其存在能耗大、成本高、析氧析氢等副反应的缺点，并且只起凝聚与氧化作用，脱色、TOC的去除效果较差。
CN102249486A（201110136598.3）公开了处理印染废水的电化学-生物法联用装置及废水处理方法；装置包括相连接的电化学处理单元及活性炭厌氧生物处理单元，活性炭厌氧生物处理单元的出水口端分别连接有好氧生物处理单元及铁碳微处理单元，铁碳微处理单元的出水口端与活性炭厌氧生物处理单元的输入端相连接，好氧生物处理单元的污泥输出端与污泥浓缩池、活性炭厌氧生物处理单元的输入端相连接，好氧生物处理单元的出水口端与活性炭厌氧生物处理单元的输入端相连接。采用上述装置处理废水的方法，依次进行电化学处理、活性炭厌氧生物处理、铁碳微处理，从而使得废水COD去除率高、脱色效果好。但该装置结构复杂，占地面积大，使用不灵活，处理印染废水操作繁琐。
石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状品格结构的碳质材料，普遍存在于其他碳材料中，并可以看作是其他维度碳基材料的组成单元，传统石墨烯处理印染废水一般是利用了其强吸附能力。但是，石墨烯难于同废水分离并易于造成二次污染。目前，利用石墨烯薄膜作为电极对印染废水进行电化学处理未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法。
本发明的技术方案如下：
一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，该方法利用包括石墨烯薄膜电极的装置对印染废水进行电化学处理，该装置包括反应器本体、泵、电源、Ti电极、石墨烯薄膜电极和支架，所述的反应器本体为空心结构，支架设置在反应器本体内部，Ti电极为金属Ti片并设置在反应器本体顶端，石墨烯薄膜电极覆盖设置在支架上，石墨烯薄膜电极的面积与反应器本体横截面积大小相同，电源的正极与石墨烯薄膜电极连接，电源的负极与Ti电极连接；反应器本体还设置有反应器入口和反应器出口，反应器入口设置在Ti电极与石墨烯薄膜电极之间，反应器出口设置在石墨烯薄膜电极与反应器本体底端之间，泵与反应器入口连接；所述的石墨烯薄膜电极按照如下步骤制备得到：按质量体积比为0.1~0.5g/L将石墨烯溶于超纯水中，超声分散5min制得石墨烯水凝胶，然后将石墨烯水凝胶真空抽滤到孔径是0.20~0.22μm的尼龙滤膜上，于35~45℃干燥箱中烘干，即得石墨烯薄膜电极；利用上述装置电化学处理印染废水的方法，具体步骤如下：
用泵以0.05~0.2L/min的速率将印染废水从反应器入口泵入反应器本体中，Ti电极和石墨烯薄膜电极均与印染废水接触进行电化学处理，控制电源电压在1.5~3V，印染废水在反应器本体中经过电化学处理后，透过石墨烯薄膜电极，从反应器出口流出。
根据本发明，优选的，所述的电源电压为2.0~2.5V。
根据本发明，优选的，所述的泵入印染废水的速率为0.1~0.15L/min。
根据本发明，优选的，所述的支架为金属网格支架并设置在反应器本体内壁的1/3~2/3高度处。
根据本发明，优选的，作为Ti电极的金属Ti片厚度为0.3~0.7mm，面积为0.15~0.3m2。
根据本发明，优选的，所述的反应器本体为有机玻璃材质的长方体空心结构。
根据本发明，优选的，所述的泵为蠕动泵。
本发明中反应器本体的形状可以根据需要制造成为不同形状，可以为长方体空心结构，也可以为圆筒形结构；本发明中支架对石墨烯薄膜电极起固定支撑作用。
本发明采用石墨烯薄膜作为电极电化学处理印染废水，稳定运行后总有机碳TOC去除率能够达95％以上，脱色率也能够达到90％以上，同时所需要的外源电压小，仅1.5V~3.0V，具有较好的经济以及环境效应。
本发明有如下有益效果：
1、本发明方法利用包括石墨烯薄膜电极的装置处理印染废水，不仅能够对印染废水进行吸附处理，同时能够电解处理，总有机碳含量（TOC量）去除效率高；电源电压低，电能消耗少。
2、本发明方法在电解过程中可以同时完成电凝聚、脱色以及氧化作用，将染料如：亚甲基蓝、甲基橙等完全处理为二氧化碳并放入大气中。
3、本发明方法处理效率高，流程简单，处理环境友好。
附图说明
图1为本发明实施例包括石墨烯薄膜电极的装置支架的俯视图。
图2为本发明实施例包括石墨烯薄膜电极的装置的结构示意图；
其中，1、反应器本体，2、泵，3、电源，4、Ti电极，5、石墨烯薄膜电极，6、支架，7、反应器入口，8、反应器出口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中制备石墨烯薄膜电极所用的原料均为常规市购产品，其中，石墨烯：宁波墨西科技有限公司有售；超纯水：珠海市江河海水处理设备工程有限公司有售；尼龙滤膜：海宁市能大过滤设备有限公司有售。
实施例利用包括石墨烯薄膜电极的装置对印染废水进行电化学处理，该装置包括反应器本体1、泵2、电源3、Ti电极4、石墨烯薄膜电极5和支架6，反应器本体1为有机玻璃材质的长方体空心结构，长方体空心结构长1.5m、宽1m、高1m，有效容积为1.35L；支架6为金属网格结构并设置在反应器本体1内壁的1/2高度处，Ti电极4为厚度是0.3mm，面积为0.15m2的金属Ti片并设置在反应器本体1顶端，石墨烯薄膜电极5覆盖设置在支架6上，石墨烯薄膜电极5的面积与反应器本体1横截面积大小相同，电源3的正极与石墨烯薄膜电极5连接，电源3的负极与Ti电极4连接；反应器本体1还设置有反应器入口7和反应器出口8，反应器入口7设置在Ti电极4与石墨烯薄膜电极5之间，反应器出口8设置在石墨烯薄膜电极5与反应器本体1底端之间，泵2为蠕动泵并与反应器入口7连接；石墨烯薄膜电极5按照如下步骤制备得到：按质量体积比为0.1g/L将石墨烯溶于超纯水中，超声分散5min制得石墨烯水凝胶，然后将石墨烯水凝胶真空抽滤到孔径是0.20μm的尼龙滤膜上，于35℃干燥箱中烘干，即得石墨烯薄膜电极。
实施例1
一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，该方法利用上述装置对印染废水电化学处理，具体步骤如下：
用泵2以0.1L/min的速率将印染废水从反应器入口7泵入反应器本体1中，控制电源3电压在1.5V，印染废水在反应器本体中经过电化学处理后，透过石墨烯薄膜电极5，从反应器出口8流出。
在反应器出口8收集处理后的印染废水并测量其色度、总有机碳含量（TOC量），同处理前的印染废水相比较计算其脱色率以及TOC去除率。经过处理后的印染废水，脱色率为92％，TOC量去除率为95％。
实施例2
一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，具体步骤同实施例1，不同的是电源3电压控制为3V。
在反应器出口8收集处理后的印染废水并测量其色度、总有机碳含量（TOC量），同处理前的印染废水相比较计算其脱色率以及TOC去除率。经过处理后的印染废水，脱色率为97％，TOC量去除率为96％。
实施例3
一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，具体步骤同实施例1，不同的是印染废水泵入的速率为0.15L/min。
在反应器出口8收集处理后的印染废水并测量其色度、总有机碳含量（TOC量），同处理前的印染废水相比较计算其脱色率以及TOC去除率。经过处理后的印染废水，脱色率为93％，TOC量去除率为95％。
实施例4
一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，具体步骤同实施例1，不同的是电源3电压控制为2.5V。
对比例
一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，具体步骤同实施例1，不同的是不接通电源3。
在反应器出口8收集处理后的印染废水并测量其色度、总有机碳含量（TOC量），同处理前的印染废水相比较计算其脱色率以及TOC去除率。经过处理后的印染废水，脱色率为60％，TOC量去除率为55％。
通过对比实施例1跟对比例的处理结果，显示：不接通电源3，光靠石墨烯薄膜的吸附过滤作用，印染废水的脱色率和TOC量去除率都较低；接通电源3后，不仅能够对印染废水进行吸附处理，同时能够电解处理，使得印染废水的脱色率和TOC量去除率都较高，处理效果较好。
Claims (7)
1.一种石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，该方法利用包括石墨烯薄膜电极的装置对印染废水进行电化学处理，该装置包括反应器本体、泵、电源、Ti电极、石墨烯薄膜电极和支架，所述的反应器本体为空心结构，支架设置在反应器本体内部，Ti电极为金属Ti片并设置在反应器本体顶端，石墨烯薄膜电极覆盖设置在支架上，石墨烯薄膜电极的面积与反应器本体横截面积大小相同，电源的正极与石墨烯薄膜电极连接，电源的负极与Ti电极连接；反应器本体还设置有反应器入口和反应器出口，反应器入口设置在Ti电极与石墨烯薄膜电极之间，反应器出口设置在石墨烯薄膜电极与反应器本体底端之间，泵与反应器入口连接；所述的石墨烯薄膜电极按照如下步骤制备得到：按质量体积比为0.1~0.5g/L将石墨烯溶于超纯水中，超声分散5min制得石墨烯水凝胶，然后将石墨烯水凝胶真空抽滤到孔径是0.20~0.22μm的尼龙滤膜上，于35~45℃干燥箱中烘干，即得石墨烯薄膜电极；其特征在于，利用上述装置电化学处理印染废水的方法，具体步骤如下：
用泵以0.05~0.2L/min的速率将印染废水从反应器入口泵入反应器本体中，Ti电极和石墨烯薄膜电极均与印染废水接触进行电化学处理，控制电源电压在1.5~3V，印染废水在反应器本体中经过电化学处理后，透过石墨烯薄膜电极，从反应器出口流出。
2.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，其特征在于，所述的电源电压为2.0~2.5V。
3.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，其特征在于，所述的泵入印染废水的速率为0.1~0.15L/min。
4.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，其特征在于，所述的支架为金属网格支架并设置在反应器本体内壁的1/3~2/3高度处。
5.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，其特征在于，作为Ti电极的金属Ti片厚度为0.3~0.7mm，面积为0.15~0.3m2。
6.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，其特征在于，所述的反应器本体为有机玻璃材质的长方体空心结构。
7.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜电极电化学处理印染废水的方法，其特征在于，所述的泵为蠕动泵。
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