CN111573775A - 一种光电化学降解罗丹明b的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光电化学降解罗丹明B的方法，该方法采用的是光电化学反应，其中的阳极金属片采用高熵合金片，该高熵合金片成份表述为AlxEyFezNiuGv，经真空电弧熔炼制备而成，元素的原子百分比相加和为100％，其中铝元素、铁元素、镍元素的原子百分比x、z、u分别为10％～45％；所述阴极金属片采用铂片或铂网；所述光电化学反应的光源照度控制在垂直照度500lux～1000lux，测量高度为距表层溶液50cm处；所述光照时间与电化学作用同时进行。本发明方法克服了现有技术存在的电极损耗率高且铁泥产量大的问题。

Description

一种光电化学降解罗丹明B的方法
技术领域
本发明涉及水化学及光电化学领域，具体涉及一种光电化学降解罗丹明B的方法。
背景技术
随着现代印染工业的迅速发展，通过各种途径进入水体中的化合物的种类和数最急剧增多，有机废水中含有许多难以降解有毒的污染物，其中罗丹明B具有较高的难降解性和易累积等特点，对生态系统和人类健康构成了严重威胁。有机废水中还有可能存在其他的有毒物质，会在水体、土壤等自然环境中不断积累、储存，最后进入人体，从而危害人体健康。因此，有效的治理有机物废水，来减少环境污染，保护人类的生存环境，是一项长期且有待解决的重要问题。
到目前为止，常用的罗丹明B降解方法有物理法，化学法，生物法等，最常用是化学法，光电催化氧化法具有、无毒、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低、可重复使用等优点。目前常见的光催化法所使用的电极为铁电极，其工作原理为在电流作用下，阳极铁单质失去电子转变成为铁离子，参与溶液芬顿反应的过程，该方法主要依靠消耗阳极维持溶液中的电芬顿反应，因此存在铁泥产量大，铁电极损耗率高等问题，且铁元素本身的耐腐蚀性能差也限制了该方法的工程应用范围。
发明内容
本发明的目的是，为光电化学提供一种光电化学降解罗丹明B的方法，以克服现有技术存在的电极损耗率高且铁泥产量大的问题。
为了达到本发明的目的，本发明提供的一种光电化学降解罗丹明B的方法，采用的是光电化学反应，其中的阳极金属片采用高熵合金片，该高熵合金片成份表述为AlxEyFezNiuGv，经真空电弧熔炼制备而成，元素的原子百分比相加和为100％，其中铝元素、铁元素、镍元素的原子百分比x、z、u分别为10％～45％；所述阴极金属片采用铂片或铂网；所述光电化学反应的光源照度控制在垂直照度500lux～1000lux，测量高度为距表层溶液50cm处；所述光照时间与电化学作用同时进行。
进一步的，所述E是Cr、Co或Mg元素，所述G是C、Cu、Mn或La元素。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明利用铝铁镍系高熵合金电极耐腐蚀性能强，在不影响光电化学反应效果的前提下，电极消耗更慢，光电化学反应使用过程中，循环使用10次以上，铝铁镍系高熵合金电极的质量损失在0.5mg以内。
2.本发明利用铝铁镍系高熵合金充当光电化学反应阳极电极，采用光电化学反应降解罗丹明B印染废水，电极耐腐蚀性能优越的同时保证了在光电化学反应过程中污泥产量低，污染物质最小程度的发生相转移，在光电化学反应过程中污泥产量在0.1mg/L以内(以湿污泥烘干后称重得到。)
3.本发明利用高熵合金防腐性能较好的优点结合光电化学法高效快速高效的处理罗丹明B印染废水，达到对100mg/L浓度内的罗丹明B的完全脱色时间为180min以内。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
公知的光电化学反应均需要可见光与电流共同作用，本发明以铝铁镍系高熵合金作为光电化学反应的阳极片，以铂片或铂网作为阴极片，在光源照度控制在垂直照度500lux～1000lux(距表层溶液距离为50cm测试结果)，光照时间与电流开关合闸时间保持一致(即光照与电化学作用同时进行)，达到对100mg/L浓度内的罗丹明B的完全脱色时间为180min以内。
具体操作方式如下：
(1)配制或自罗丹明B生产厂废水车间取罗丹明B废水，浓度在100mg/L以内。
(2)将废水盛放至容积合适的盛放器中，盛放器材质可选择玻璃类、高分子类、陶瓷类、不锈钢类、混凝土类及钢筋混凝土类。
(3)根据废水水量选择合适的搅拌方式与曝气方式，也可利用曝气方式实现搅拌功能，或利用搅拌方式实现曝气功能，搅拌强度、时间与曝气流速、时间均可根据水质水量调节。
(4)根据废水水量选择一对或多对铝铁镍系高熵合金电极-铂片(铂网)电极对，安装至容器内部，保证电极对在水面下淹没，根据水质调整电极对间距及阵列安装尺寸。
(5)连接电源，根据水质调整电源输入电流强度大小，开启辅助光源或保证照度控制在垂直照度500lux～1000lux(距表层溶液距离为50cm测试结果)。光电化学反应进程中电流与光源需同时作用。
(6)进行罗丹明B处理，直至溶液色度值为0(或最大吸收波长下吸光度值为0)。
(7)同类废水循环降解10次以上，测量铝铁镍系高熵合金电极片质量损失情况(干电极片)，每次降解留存污泥烘干称重。
实施例1：
首先，取500mL浓度为5mg/L的罗丹明B于烧杯中。调节其pH为5。然后，连接铝铁镍系高熵合金电极片，该电极片的成份是Al11.2Co22.2Fe22.2Ni22.2C22.2，连接铂片，调整参数电流密度为30mA/cm2。调整空气泵至气体流量为5L/min，不添加电介质，不额外搅拌，采用白镇流高压汞灯(500W)作为光源(此时距表层溶液50cm处照度为800lux)，在光源与电化学共同作用下，90min后罗丹明B溶液在554nm下(其最大吸收波长处)吸光度降至0，此时污泥产量为0.03mg/L(以湿污泥烘干后称重得到。)同样操作条件循环15次后，该高熵合金质量损失为0.14mg。
实施例2：
首先，取500mL浓度为100mg/L的罗丹明B于烧杯中。不调节初始pH(经测，溶液初始pH为5～6)，然后，连接铝铁镍系高熵合金电极片，该电极片的成份是Al16.5Cr16.5Fe34Ni16.5Cu16.5，连接铂片，调整参数电流密度为50mA/cm2。采用磁子搅拌，转速保持为200r/min，投加0.8mol/L无水硫酸钠作为辅助电解质，不曝气，采用白镇流高压汞灯(1000W)作为光源(此时距表层溶液50cm处照度为1000lux)，在光源与电化学共同作用下，120min后罗丹明B溶液色度值降为0(色度采用GB11903-89水质色度的测定方法测得)，此时污泥产量为0.05mg/L(以湿污泥烘干后称重得到。)同样操作条件循环12次后，该高熵合金质量损失为0.2mg。
实施例3：
首先，取10L浓度为50mg/L的罗丹明B于不锈钢桶中。然后，连接装置，设置三对铝铁镍系高熵合金(该电极片的成份是Al28.6Cr14.3Fe14.3Ni28.6Cu14.2)-铂网电极对，布置为距不锈钢桶圆心10cm半径的圆周上，均匀分布。调整参数电流密度为35mA/cm2。采用穿孔管曝气，曝气管路布置在不锈钢桶底部，距桶圆心5cm和10cm各一圈，每圈12对孔眼，孔眼尺寸为25mm。气泵流量为10L/min，投加0.5mol/L无水硫酸钠作为辅助电解质，在晴朗的室外进行实验(此时照度距表层溶液50cm处为743lux)，不调节pH值，不额外搅拌，在光源与电化学共同作用下，160min后罗丹明B溶液色度值降为0(色度采用GB11903-89水质色度的测定方法测得)，此时污泥产量为0.07mg/L(以湿污泥烘干后称重得到。)同样操作条件循环12次后，该高熵合金(每片)质量损失为0.35mg。
实施例4：
首先，取200m3浓度为100mg/L的罗丹明B于(8m×8m×4m)钢混池中。然后，连接装置，设置八对铝铁镍系高熵合金(该电极片的成份是Al11Co22Fe44Ni22C1)-铂网电极对，布置为距钢混池每边1m、3m的正方形四角各一对。调整参数电流密度为50mA/cm2。采用穿孔管曝气，曝气管路布置在钢混池底部，呈对角线布置，穿孔管堵头距钢混池角1m，每对角线设10对孔眼，孔眼尺寸为50mm。气泵流量为10L/min，不投加辅助电解质，在晴朗的室外进行实验(此时照度距表层溶液50cm处为557lux)，调节进水pH值为6，不额外搅拌，在光源与电化学共同作用下，180min后罗丹明B溶液色度值降为0(色度采用GB11903-89水质色度的测定方法测得)，此时污泥产量为0.089mg/L(以湿污泥烘干后称重得到。)同样操作条件循环10次后，该高熵合金(每片)质量损失为0.48mg。
上述实施例中，实施例1为最佳实施例。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (2)

1.一种光电化学降解罗丹明B的方法，其特征在于，所述方法采用的是光电化学反应，其中的阳极金属片采用高熵合金片，该高熵合金片成份表述为AlxEyFezNiuGv，经真空电弧熔炼制备而成，元素的原子百分比相加和为100%，其中铝元素、铁元素、镍元素的原子百分比x、z、u分别为10%~45%，其它两种元素的原子百分比y和v均>0；所述阴极金属片采用铂片或铂网；所述光电化学反应的光源照度控制在垂直照度500lux~1000lux，测量高度为距表层溶液50cm处；所述光照时间与电化学作用同时进行。
2.根据权利要求1所述的一种光电化学降解罗丹明B的方法，其特征在于，所述E是Cr、Co或Mg元素，所述G是C、Cu、Mn或La元素。
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