电催化氧化技术处理硝基苯废水的试验研究

2实验结果与讨论

2.1对比实验

三组实验中，进水浓度都为153.50mg/L，停留时间40min，其中活性炭吸附实验中，取新鲜活性炭，当活性炭吸附饱和时，硝基苯的去除率将明显下降。对比电解法、活性炭吸附法和活性炭填充电极电解吸附法处理硝基苯废水的效果，结果如图2。

从图2可以看出，活性炭填充电极电解吸附法处理效果明显优于电解法和活性炭吸附法。这说明活性炭填充电极电解吸附法不是电解法、活性炭吸附法的简单加和，而是另有机理。活性炭填充电极电解吸附法实质上是一种电极过程。

在电解反应器中，加入活性炭，相当于将原来的二维电场转化为三维电场，反应界面增大，从而产生了更多的微气泡。产生的微气泡对溶液进行了强制对流，从而加速了液相传质速度，也可加速反应速度，提高硝基苯的去除率。

2.2电流强度对硝基苯去除率的影响

本实验中的去除率是指电催化过程中硝基苯在反应器进水口浓度减去出水口浓度后对进水浓度的比值，反映了硝基苯的降解效果。固定硝基苯的进水质量浓度，使硝基苯废水在反应器中经过不同的停留时间，每一停留时间内对电催化反应器加以不同的电流强度，分别测定出水的硝基苯质量浓度。

由图3可知，随着电流强度的增大，硝基苯出水的浓度降低，去除率也在不断增大。当电流强度达到2.0A时，硝基苯的去除率趋于稳定，此时再增大电流，去除率的增加不明显。

初步分析其原因，一方面随着电流强度的增加，溶液中的˙OH浓度上升，硝基苯的去除率也上升，当吸附的˙OH达到一定值后，失活增多，从而限制了去除率的进一步提高。另一方面在电催化氧化硝基苯的过程中，主要的竞争副反应是发生在阳极表面及其附近的水分解反应，即O2逸出，反应式如下[12]：

2H2O-4e→4H++O2↑

因此，为促使反应进行并提高电氧化效率，必须保证阳极具有较高的O2逸出电位，在电催化反应器中，随着更多的O2微气泡的产生，促使溶液进行强制对流，而且加速了液相传质速度。同时由于活性炭本身既可对硝基苯进行表面吸附，加速反应速度，还可起到催化作用。这一切，都加速了反应速度，使得电解反应加速进行，同时对活性炭进行解吸。当吸附、解吸、电解达到平衡时，反应去除率达到稳定[13]。

从图3可以看出，施加在反应器上的最佳电流强度为2.0A。

2.3停留时间对硝基苯去除率的影响

硝基苯废水固定进水浓度，在反应器通以最佳电流强度2.0A的情况下在反应器中停留不同的时间，测定其出水浓度。试验结果见图4。

从图4可以看出，硝基苯去除率随着停留时间的增加而增加，反应时间在15～80min内硝基苯去除率增加较快，当反应时间为80min时硝基苯去除率达到97.71%，80min以后硝基苯去除率趋于平缓并略有下降，这是由于硝基苯的去除趋于完全所致，因此再增加停留时间对硝基苯的去除率影响不大。

2.4进水质量浓度对硝基苯去除率的影响

在不同停留时间，电流强度=2.0A情况下，不同的进水质量浓度在反应器中处理，测定其出水浓度。试验结果见图5。

从图5可以看出，通过相同的电量时，硝基苯的去除率随着进水的质量浓度上升而增加，在浓度低于125.70mg/L时，硝基苯的去除率基本呈线性变化，当浓度高于125.70mg/L时，随着浓度的上升去除率不再明显提高，个别情况当停留时间t=15或30min时，硝基苯去除率甚至略有下降。

分析其可能的原因，一方面由于反应受制于反应过程中产生的自由基的浓度，相同面积的电极在单位时间内生成的自由基的量同通过的电量有关，同时反应在电极表面进行，受到了扩散速度的影响;另一方面电极间装填的活性炭粒子随着浓度的增加和反应时间的延长，本身所具备的吸附能力已达到饱和，因此浓度的增加对活性炭粒子的吸附已影响不大。

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