电解法处理有色有机废水

设计实验：电解法处理有色有机废水张哲帆罗江摘要：本设计实验的内容为搭建电解处理有色有机废水实验装置，设计测定有机物转化率，探讨电流密度、电解时间、辅助电解质浓度对电解结果的影响。并以甲基橙溶液为有色有机废水代表，试用电解法来探讨处理方法的可行度，并通过分光光度计来测定其中甲基橙浓度从而得到转化率，探讨电解的可行度。关键词：电流密度电解时间辅助电解质浓度分光光度计ABSTACT:Thedesignofexperimentalcontenttobuildtheelectrolytictreatmentoforganicwastewaterinnonferrousdevicedesigndeterminationoforganicconversionrateofcurrentdensity,timeofelectrolysis,effectsofelectrolyteconcentrationontheelectrolysisresults.Takingmethylorangesolutionastherepresentativeofcoloredorganicwastewater,electrolysistrialtoexploretreatmentmethodoffeasibledegree,andbySpectrophotometrytodeterminetheconcentrationofmethylorangeinordertogettheconversionrateofelectrolysisfeasibledegree.Keywords:Currentdensity,electrolysistime,auxiliaryelectrolyteconcentration,spectrophotometer一、实验原理随着近代工业的发展,尤其化工、医药、农药等行业的发展,有机化合物的数量和种类急剧增长。这些化学物质排放进入水源后，往往形成了含生物难降解有机物的有机废水，如印染废水、医药废水、垃圾渗滤液、农药废水等，对水环境有很大的影响。如何提高难降解有机废水的处理效果一直是各国研究的热点。电催化氧化技术是其中的一种常用方法。其基本原理是在电流作用下，阳极表面产生具有强氧化性的羟基自由基，将难降解有机物氧化成CO2和H2O。该方法具有氧化能力强、操作简便易于控制、无二次污染等有点,在现代工业废水处理中越来越受到广泛应用。该技术中影响实验结果的核心内容有电极材料、电流密度、电极面积、电解时间、辅助电解质浓度、初始浓度等。而上述技术参数的影响则通常通过槽压、废水中有色有机物转化率、COD含量、电流效率等技术指标反映。本设计实验的内容为搭建电解处理有色有机废水实验装置，设计测定有机物转化率，探讨电流密度、电解时间、辅助电解质浓度对电解结果的影响，初步了该技术的基本原理和操作方法。二、实验试剂与设备电解液：0.025g/L甲基橙溶液(由1g/L的甲基橙溶液取25.00ml稀释40倍所得)电极：阳极：PbO2/Ti电极（由物化实验室老师提供）阴极：铜板电极（2块）工作电源：32V/3A直流稳压电源（可提供恒压恒流两种供电方式）电解槽：250mL烧杯其它物理化学实验室已有的实验设备与仪器三、实验内容1.搭建实验装置:电解液为0.025g/L甲基橙溶液，体积为200mL。电极放入电解液后，测量阳极的浸入深度。（大约为4cm左右即可）2.测定甲基橙的最大吸收波长（已知在460mm）3.配制甲基橙标准溶液：分别取1,3,5,7,9ml0.025g/L的甲基橙溶液定容于25ml容量瓶中，定容摇匀，打开分光光度计，预热10mins，再用蒸馏水调零，待甲基橙溶液无气泡稳定后由稀到浓依次测定不同浓度下吸光度，绘制标准工作曲线。4.测定辅助电解质浓度对槽压的影响：按照如图所示搭建实验装置，电解液为0.025g/L甲基橙溶液，体积为200mL，电极放入电解液后，记录阳极的浸入深度（约4cm左右）不能碰到任何地方，以防短路。分批次想其中加入1到3g的Na2SO4固体（准确记录其质量），打开磁力搅拌，使其中磁子旋转，待溶液再次透明后，即辅助电解质溶解完后,接上电源（正负极不要接反），打开开关，跳至恒流状态，并将恒流的电流挑至0.80A，待其稳定后记下槽压。5.测量电解时间对甲基橙转化率的影响：重新再取0.025g/L的甲基橙溶液200ml于烧杯中，并一次性加入Na2SO4固体10.7572g，并打开磁力搅拌器让其完全溶解，接上电源，打开开关并把其调到恒流且电流为0.80A的状态，并在接通电源时候起（此时没电解也要测）每隔大约2分钟从溶液中取样1-2ml左右于比色皿中，用分光光度计测其吸光度，记下数据，测10组即可。重新再取0.025g/L的甲基橙溶液200ml于烧杯中，并一次性加入Na2SO4固体9.9803g，并打开磁力搅拌器让其完全溶解，接上电源，打开开关并把其调到恒流且电流为0.30A的状态，并在接通电源时候起（此时没电解也要测）每隔大约2分钟从溶液中取样1-2ml左右于比色皿中，用分光光度计测其吸光度，记下数据，测10组即可。四．实验数据记录及处理1.数据记录表格A.辅助电解质浓度影响每次加入的Na2SO4质量/g槽压/V0.000019.71.047917.52.59028.41.62957.11.48356.51.37845.92.35315.5B.甲基橙吸光度标准曲线（蒸馏水为0）甲基橙加入体积/ml甲基橙浓度/(g/L)吸光度10.0010.07530.0030.21550.0050.35570.0070.49590.0090.635C.电解时间对甲基橙转化率的影响Na2SO4质量为10.7572gNa2SO4质量为9.9803gI=0.80AI=0.30A时间t/s吸光度01.5661211.5232561.4763871.4255311.3516751.3318371.24310121.18411741.12412941.08514261.04015760.97917470.9402.实验数据图及数据处理甲基橙吸光度标准曲线（蒸馏水为0，C单位为g/L）即有A=70C+0.005,R2=1.000C单位为g/L，A为吸光度A.辅助电解质浓度影响时间t/s吸光度01.5661921.4633681.2615401.1287200.9418620.81610080.71411500.57313350.45214830.40416080.35817380.30819010.224一共加入的Na2SO4质量/g槽压/V019.71.047917.53.63818.45.26767.16.75116.58.12955.910.48265.5做出曲线，并拟合，采用2种方式拟合一种指数函数，一种多项式拟合，结果如下A=322.500-157.745m+30.680m2-2.879m3+0.12824m4-0.002m5(R2=0.99687)A=20.504-7.9133(1-em/3.0303)-7.9133(1-em/3.0303)(R2=0.93398)对于电解时间对吸光度的影响由表格分别做出0.80A和0.30A的吸光度随时间变化的曲线，并用直线进行拟合。并同时由吸光度算出转化率，再做转化率时间曲线，进行线性拟合。并同时结合其他组的数据，进一步比较电解时间对转化率的影响是否一致，并且分析电解时电流强度对电解转化率的影响。并对数据进行合适的取舍与分析，进而得出想要的结论。（注：因为此组做实验时少一人故有2组数据即0.10A和1.00A的吸光度时间曲线并未得到，故所得数据有一定误差，但误差并不会很大。）I=0.80Am=10.7572g0100020000.00.51.01.5吸光度A时间t(s)吸光度ALinearFitofSheet1B吸光度AEquationy=a+b*xWeightNoWeightingResidualSumofSquares0.05416Pearson'sr-0.98897Adj.R-Square0.97608ValueStandardError吸光度AIntercept1.516220.03831Slope-7.36375E-43.32453E-50.8A的电流0100020000.00.51.0转化效率(%)时间t(s)转化效率LinearFitofSheet1C转化效率0.8AEquationy=a+b*xWeightNoWeightingResidualSumofSquares0.02209Pearson'sr0.98897Adj.R-Square0.97608ValueStandardError转化效率Intercept0.031790.02447Slope4.70227E-42.12294E-5W（%）=0.0470t+3.179(R2=0.9761相关性比较高)I=0.30Am=9.9803g0100020000.81.01.21.41.6吸光度A时间t(s)吸光度ALinearFitofSheet2B吸光度A0.3AEquationy=a+b*xWeightNoWeightingResidualSumofSquares0.00129Pearson'sr-0.99879Adj.R-Square0.99736ValueStandardErro吸光度AIntercept1.563230.00552Slope-3.67437E-45.45486E-60100020000.00.20.4转化效率(%)时间t(s)转化效率LinearFitofSheet2C转化效率0.3AEquationy=a+b*xWeightNoWeightinResidualSumofSquares5.26597E-4Pearson'sr0.99879Adj.R-Squar0.99736ValueStandardErro转化效率Intercept0.001770.00353Slope2.34634E-3.48331E-6W（%）=0.02346t+0.177(R2=0.99736，相关性很好)由0.80A和0.30A的图都可以看到转化率随时间是均匀变化的，而且电流强度越大转化速率越快。同时给出其他组同学所做的不同电流强度下的转化率-时间图像。I=0.90Am=10.0074gI=0.20Am=9.9943gW（%）=0.08t-2.02W（%）=0.023t+6.32I=0.50Am=9.4957gI=0.60Am=9.4857gW（%）=0.049t+13.66W（%）=0.066t+5.403I=0.40Am=10.0890gI=0.70Am=10.2450g01000200030000.00.20.40.6转化效率(%)时间t(s)转化效率LinearFitofSheet1C转化效率0.4AEquationy=a+b*xWeightNoWeightingResidualSumofSquares0.00106Pearson'sr0.99845Adj.R-Square0.99663ValueStandardError转化效率Intercept-0.044040.00578Slope2.40721E-44.04056E-60500100015000.00.51.0转化效率(%)时间t(s)转化效率LinearFitofSheet2C转化效率0.7AEquationy=a+b*xWeightNoWeightingResidualSumofSquares0.05824Pearson'sr0.97066Adj.R-Square0.93496ValueStandardError转化效率Intercept0.024570.0587Slope8.96179E-47.84889E-5W（%）=0.0241t-4.404W（%）=0.0896t+2.457并将各组数据汇总，做总的转化率-时间图像，并将其斜率提出来做专门的图像。010002000