介质阻挡放电降解茜素红溶液的实验研究.pdf

第25卷第1期
广东石油化工学院学报
Vol25 No. 1
2015年2月
Joumal of Guangdong University of Petrochemical Technology
February 2015
介质阻挡放电降解莤素红溶液的实验研究
王丽',李坚,王世琴2,宁雨
(1.广东石油化エ学院化学工程学院,广东茂名5250002.茂名市质量计量监督检测所,广东茂名52500
摘要:利用介质阻挡放电等离子体技术降解茜素红溶液,考察了放电电压、电极面积对降解率的影响和降解过程中茜素红
溶液T00、值的变化。结果表明,增加电压有利于降解的进行;延长降解时间,溶液pH值先下降后趋于稳定;随着降解
产物深度氧化的发生,溶液TOC呈现下降趋勢;对降解产物进行气质联用分析表明,茜素红降解产物中存在瞇、醇等小分子
有机物;经过DBD处理20min后,溶液T0C质量浓度降为17×10-6。
关键词:介质阻挡放电;等离子体;茜素红;T0C
中图分类号:X131,2
文献标识码:A
文章编号:2095-2562(2015)01-0014-04
0引
染料废水中常含有多种多环芳烃物质,它们不仅色度深、含量高,而且具有较大的毒性和致癌性。随
着纺织工业的发展,大量的染料废水被排放到环境中,日益威胁到人类的生存和发展。探索对其有效处理
方法已成为当今国内外学者研究的热门课题之一-。染料废水中的多环芳烃具有分子结构稳定、可生
化性差的特点,近年来,使用高级氧化技术处理染料废水吸引了越来越多学者的注意。高级氧化技术是在
溶液降解过程中,充分利用自由基(如·OH等)的活性,达到彻底降解的目的。东华大学何俊等4采用介
质阻挡放电(DBD)等离子体-生化法技术联合降解活性艳红X-3B印染废水,对该物质的急性毒性及可
生化性进行了机理研究,同时优化了两种技术的工艺条件。赵俊斌等研究了DBD处理磺普罗胺的效能
及机理,表明DBD降解碘普罗胺的反应为一级反应。本实验以茜素红溶液为模拟废水,采用介质阻挡放
电等离子体技术对其进行降解。
1实验部分
1.1实验药品及仪器
茜素红,分析纯,天津市光复精细化工研究所;
磷酸氢二钠,分析纯,天津市福晨化学试剂厂;邻苯
反应器
二甲酸氢钾,分析纯,天津市福晨化学试剂厂;紫外
压端
可见分光光度计,UV-5800PC型,上海元析仪器公
司;pH计,E-201-C型,上海精密科学仪器有限公
接地端
司;10C(总有机碳)测定仪,ASI-型,岛津企业管
理(中国)有限公司;气相色谱一质谱联用仪,GCMS
一低频交流电源;2一频率计;3一接地电极;
QP2010型,日本 SHIMADZU公司;0~25kV连续
待处理茜素红溶液;5一反应室;6一放电通道;
7一高压电级;8一冷却水;9一冷却室;10)一示波器
可调高频高压交流电源,大连理工大学静电与特种
图1实验装置示意图
收稿日期:2014-12-16;修回日期:2015-01
基金项目:国家级大学生创新创业训练项目(20141165600);广东省大学生创新创业训练项目(1165613004,1165613011
2014165605);茂名市科技计划(20120265,201312,20140310)
作者简介:王丽(1983-),女,湖北洪湖人,博士,讲师,主要从事炼油化工一体化技术研究。
第1期
王丽等:介质阻挡放电降解茜素红溶液的实验研究
电源研究所定制,整套装置如图1所示,由电源、反应器及辅助设备等组成,其中放电反应器为绝缘容器,
上下电极分别作为高压端和接地端。
1.2实验方法
模拟废水由去离子水与染料茜素红配制。溶液填充在反应器下方的反应室中。在频率为10kHz,茜
素红溶液初始质量浓度为80mg/L,处理体积为20mL的条件下对模拟废水溶液进行DBD等离子体降解实
验。通过紫外可见分光光度计测定处理后茜素红溶液的最大吸光度A2m,得出反应后溶液中未降解茜
素红的浓度
2结果与讨论
2.1输入电压对茜素红降解效果的羏响
由于高压电极对溶液上方气体放电所产生的活性粒子及由其碰撞形成的放电通道是促使溶液降解的
直接原因,而放电通道的形成受输入电压的影响,故需研究输人电压对溶液降解效果的影响。图2为输人
电压对茜素红溶液降解率的影响
由图2可以看出,总体而言,输人电压的增加有利于降解的进行。如降解25min时,输入电压为15、
16、17kV时降解率分别为44.88%、55.39%、60.95%。输入电压为15kV时,体系能量较低,此时放电空
间气体击穿较慢,生成的活性粒子较少,不利于均匀的放电通道形成,因此溶液降解缓慢。输入电压为16
kv时,放电均匀且稳定,放电空间充满了均匀的活性粒子氛,降解能够顺利地进行。输人电压为17kV
时,能够产生剧烈的放电,大量高能粒子形成并剧烈碰撞,放电通道密集且易发生合并,使得放电电流较
大,且放电时间越长,能耗就越高且电极越易击穿,放电不稳定;同时,由于能耗増加,导致在25~35min范
围内降解率增长缓慢。因此输入电压为16kV时,放电稳定,更有利于反应的高效进行,后面实验均选用
16kV电压进行处理
2.2不同电极面积对茜素红降解效果的影响
高压电极放电面积的不同,会导致放电产生的活性粒子的数量和粒子间的碰撞次数发生变化。图3
为不同放电面积对溶液降解效果的影响
0.5
ロ-18
0.4
0.5
0-15 kv
置0.2
0.2
o-16 kv
A-17 kv
00L
02468101214161820
tmir
图2不同放电电压对苫素红溶液降解率的影响
图3不同电极面积对茜素红溶液降解效果的影响
由图3可知,放电面积的增大有利于茜素红溶液的降解。当R=16mm时,放电面积相对较小,放电
产生高能粒子的量相对较少,粒子与粒子之间的碰撞几率较小,不利于形成均匀的放电通道?,导致溶液
降解缓慢。R=18mmn时,放电产生高能粒子的量增多,使得粒子碰撞次数增加,形成的放电通道更加均
匀,溶液的降解也就更迅速,降解效果更好。
2.3茜素红溶液降解过程中pH值的变化
对不含缓冲溶液的茜素红溶液进行降解后发现,随着反应进行,溶液的pH值逐渐下降(见图4),说明
降解过程中不断有酸性物质生成。曲线在13min处出现拐点A,A点前溶液pH值急剧下降,表明在反应
初期,茜素红易被氧化脱去部分基团,迅速形成酸性物质,如S2等。随着反应的继续进行,溶液中不仅
有酸,还有其他氧化产物生成,从而导致了A点后溶液pH值下降缓慢。