《武汉工程大学学报》 2009年09期
31-34
出版日期：2009-09-28
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
不同电极材料处理蒽醌蓝染料废水的比较
0引言 电极表面是发生电化学反应的场所，不同电极材料的电子传输能力不同，往往同一反应物质在不同电极上的反应性质也可能不同.一般来说，电极材料的不同对处理效果影响很大.如果材料选择不当，电解历时和电能消耗都会成倍增加［1］.迄今为止，在电化学氧化处理含难降解有机污染物废水的微观机理方面仍没有突破性的进展，这也成了研究电极材料的瓶颈.其中，电极材料是电化学氧化法处理有机废水的关键.析氧电位高，不一定构成好的阳极，还需要合适的吸附性、持久的稳定性和合理的性价比等，这些都是电极材料研制和应用的重要方向［2］.李勇等［3］采用自制的合金阳极，与常用的铁阳极和纯铝阳极进行比较，发现合金元素及其微量析出物不仅增大了合金的自溶解能力，而且可破坏钝化膜改善铝的活性.本文以蒽醌兰染料配制的模拟废水为处理对象，使用价廉易得的材质做电极，考察了不同电极材料对蒽醌兰染料废水的处理效果.1试验部分1.1水样来源试验采用蒽醌兰染料配制的模拟废水，质量浓度为500 mg/L.1.2试验材料、试剂及仪器1.2.1电极材料钢片、铁片、铝片、锡片、铜片、钛网和铁筒等，平板电极有效面积为22 cm2，铁筒直径为6 cm，深8 cm.1.2.2试验仪器循环泵（BT00600M）；DC.POWER.SUPPLY （TPR6005D）；CM02台式CODcr测定仪（北京双晖京承电子产品有限公司生产）；CH02台式加热器（北京双晖京承电子产品有限公司生产）.1.2.3试验装置为研究电极形状对电化学降解效果的影响，本试验设计了3种不同形状的电解装置，分别为平板电极、以阴极为容器的柱状电极和不以阴极为容器的柱状电极.其装置如图1~3. 图1平板电极
Fig.1Parallel electrode图2圆筒形电极（以阴极为容器）
Fig.2Cylindrical electrode（a cathode used as a container）图3圆筒形电极（不以阴极为容器）
Fig.3Cylindrical electrode（a cathode not used as
a container）1.2.4试验方法取一定量的废水，加入电解质后按照设计方案在15.0 V电压下进行电解，每隔10 min取1.5 mL上清液置于专用比色管中，进行CODcr的测定.其中：a. 活泼金属作为阳极时，其电解质采用无水硫酸钠.这是由于含氯废水在电解过程中，电解液中含NaClO3及少量的ClO-、NaClO和Cl2，这些物质氧化力强，对电极具有腐蚀性.b. 隋性金属作为阳极的电极时，分别采用不同电解质，比较其脱色效果与CODcr去除率.1.2.5分析方法a. CODcr的测定.采用重铬酸钾法，吸取15 mL重蒸馏水及1.5 mL水样，分别放入专用比色管中，各加入0.5 mL 100 mg/L掩蔽剂，摇匀，再分别加入1.5 mL 0.4 mol/L消化液及2.5 mL催化剂，摇匀.将上述两个专用比色管放入温度为165 ℃的加热器的加热孔中，15 min后取出、冷却、擦净、放入CM02型COD测定仪中，用测得的标准曲线，以重蒸馏水比色管为空白，进行比色测量，CODcr测定仪自动显示出吸光度及CODcr的值.b. 脱色率的测定.将处理后废水的上清液在特征波长处测量吸光度值与处理前废水的吸光度值作比较，经计算可得到脱色率.其计算公式为.ΔA=（A0-A1）/A0×100%
其中：A0为处理前废水吸光度值；A1为处理后废水吸光度值；ΔA为脱色率；第9期王营茹，等：不同电极材料处理蒽醌蓝染料废水的比较
武汉工程大学学报第31卷
2结果与讨论2.1平板电极电解试验2.1.1钢片作阴极，不同材质阳极试验取400 mL模拟废水，加0.1%的无水硫酸钠，以钢片作阴极，不同材质阳极试验（极板间距为4 cm）.开始电解后，各组水样都出现大量气泡.在电解过程中，阴极附近呈现墨绿色，阳极板上有白色絮状物生成.铁片阳极电解水样颜色变化明显，电解20 min后开始变清，约40 min时呈微红色.电解1 h后，除钛网阳极外，其它3组电极的阳极都有不同程度的损耗.试验结果见图4和表1.
图4钢片作阴极不同材质阳极CODcr去除率变化曲线
Fig.4Blade used as the cathode，different materials used as the anode，CODcr removal curve表1钢片作阴极不同材质阳极，电解1 h后的脱色率
Table 1Decolorization rate after electrolyzing one hour，blade used as the cathode，different materials used as the anode
阳极材料钢片钛网铁片铝片原水样吸光度0.1090.0920.0980.098电解后吸光度0.0230.0760.0220.043脱色率/%78.917.477.656.1由图4可知，4条曲线CODcr去除率均呈上升趋势.其中铁片和钢片阳极对CODcr的最终去除率比较接近.铁片阳极对水样CODcr的去除速率明显高于其它组，处理30 min后其CODcr值去除率达70%左右，且基本趋于稳定.郑曦等［4］认为，以铁片或钢片做阳极时，电解过程中阳极溶解下来的Fe2+可与阴极电解生成的过氧化氢发生化学反应，生成羟基自由基，进而对染料废水降解脱色，故效果最好.由表1可以看出，钛网阳极对水样色度去除率最差，铝片阳极次之，铁片和钢片阳极对CODcr与色度的去除率均较好.黄兴华等［5］认为，阳极电解产生的Fe2+及其絮凝产物对脱色有一定贡献.缺点是铁片和钢片阳极腐蚀较严重.2.1.2铁片作阳极，不同材质阴极试验取400 mL模拟废水，加0.1%的无水硫酸钠，以铁片为阳极，不同材质阴极试验（极板间距4 cm）.开始电解后，铁质阴极电解的水样出现的气泡明显比其它组多且水样颜色变化明显.在电解过程中，同样在阴极附近呈现墨绿色，阳极板上有白色絮状物生成.电解1 h后，铁片均出现腐蚀，试验结果见图5和表2.
图5铁质阳极不同材质阴极CODcr去除率变化曲线
Fig.5Iron used as the anode，different materials used as the cathode，CODcr removal curve表2铁质阳极不同材质阴极，电解1 h后的脱色率
Table 2Decolorization rate after electrolyzing one hour，iron used as the anode，different materials used as the cathode
阴极材料钢片铜片铝片铁片原水样吸光度0.0980.0980.0880.098电解后吸光度0.0220.0610.0520.019脱色率/%77.637.840.980.6由图5可以看出，分别以钢片和铁片为阴极时，CODcr的去除效果都较好，处理30 min后CODcr的去除率达到最大.以铜片和铝片作阴极，CODcr的去除率较差.图4与图5比较可明显看出，以铁质材料作电极，水样的CODcr去除率要好过铜、铝材质电极，由表2可知以铜与铝为材质的电极对蒽醌兰废水的脱色率效果也不明显.2.2三种不同形状电极的比较阴阳极均为铁质材料，分别采用图1，2，3的装置图，试验水样 250 mL，加0.1%的无水硫酸钠，开始电解后，各组水样均出现大量气泡.三种不同形状电极的比较试验结果见图6和表3.
图6不同形状电极CODcr去除率变化曲线
Fig.6With different shapes of the electrode，CODcr removal curve表3不同电解装置电解1 h后的脱色率
Table 3Decolorization rate after electrolyzing one hour with different shapes of the electrode
电极类型平板电极圆筒形电极（装置2）圆筒形电极（装置3）原水样吸光度0.0970.1010.099电解后吸光度0.0210.0320.03脱色率/%78.468.369.7由图6可知，电解30 min后，两圆筒电极对CODcr的去除率相近且均高于平板电极.与黄兴华等［5］所得结论一致：圆筒形电解装置优于平板电解装置.但随着电解时间的延长，圆筒电极对水样CODcr的去除率开始降低，初步分析可能是电解过程中产生了小分子有机物导致CODcr值升高.因此认为圆筒形电极最佳电解时间为30 min.2.3不同阳极的圆筒形电解装置的处理效果 由图6可知在圆筒形电解装置下电解时间取30 min进行对比.其中模拟水样为350 mL，加0.1%的无水硫酸钠，以铁筒为阴极，分别以铝片、铁片、钢片、锡片为阳极进行电解试验，试验结果见图7和表4.图7铁质圆筒形阴极，不同材质阳极，CODcr去除率
变化曲线
Fig.7Iron cylinder used as the cathode，different material used as the anode，CODcr removal curve表4铁质圆筒形阴极不同材质阳极，电解30 min后的脱色率
Table 4Decolorization rate after electrolyzing one hour, iron cylinder used as the cathode, different material used as the anode
阳极材料锡片钢片铝片铁片原水样吸光度0.0920.0980.0980.102电解后吸光度0.0580.0140.0410.014脱色率/%37.085.758.286.3以上各组反应时都有大量气泡出现.电解过程中，水样表面铺满了墨绿色气泡，反应速率快.由图7可知，铁片和钢片阳极对CODcr的去除率相近，且比铝片和锡片阳极的处理效果好.从脱色情况来看也是如此，电解30 min后，铁片阳极处理过的水样脱色率达86.3%，与钢片阳极的处理结果相近，而锡片阳极处理过的水样脱色率仅为37%.3结语a. 用活泼金属作电极对废水CODcr的去除效果和脱色效果都较好，但用铁质材料作阳极时，处理效果虽好但腐蚀较严重.b. 使用筒状电极增加了电解反应速率，在与平行电极达到同样CODcr去除率的条件下，可以显著缩短电解时间.c. 对于隋性电极，虽然耐腐蚀，但处理效果远不如活泼金属电极.