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硝基苯是重要的化工原料和精细化工中间体,主要作为医药、农药、炸药、炸药行业的原料和中间体,使其成为最常见的有机污染物之一。该物质具有强稳定性、高毒性、“三致性”(致癌、致畸、致突变)及环境累积性,是美国EPA和我国优先控制的持久性有毒污染物(PTS)。近年来,拥有“环境友好”技术美誉的三维电极已应用于硝基苯类污染物的处理,并开展了广泛研究。
文章对比了不同粒子电极材料处理硝基苯废水的效果,优化筛选了三维电极电解的最佳导电粒子-活性炭;研究设计了采用浸渍法制备绝缘粒子材料-载氧化铜活性炭,以提高三维电极电解效果。浸渍液Cu(NO3)2溶液浓度为0.05g/mL,焙烧温度为500℃。采用SEM、XRD、FT-IR和BET。对载氧化铜活性炭进行了表征,结果表明活性炭表面及孔道内均匀分布小粒径的氧化铜晶体。实验以导电粒子-活性炭和绝缘粒子-载氧化铜活性炭为填料组成复极性三维电极处理硝基苯模拟废水,对降解过程的影响因素(电解时间、电压、电流、板间距、进水pH值、活性炭投加量以及与载氧化铜活性炭投加比)进行了单因素条件优化,并在最佳条件下进行了电解效率的分析、反应动力学的研究、羟基自由基的测定及重复实验。
实验结果表明:三维粒子电极的选择是影响电解反应的重要因素,采用活性炭、石英砂、人造沸石、活性炭/石英砂、活性炭/人造沸石、活性炭/涂膜活性炭为粒子电极进行电解反应,硝基苯的去除率分别为37.28%、30.32%、27.44%、47.91%、45.61%和54.37%。以活性炭/载氧化铜活性炭为填料在最优条件下处理硝基苯废水,硝基苯去除率达到80.35%,出水硝基苯浓度为66.69 mg/L,苯胺浓度为2.42mg/L,大大提高了出水水质。电解效率、反应动力学、羟基自由基及重复实验等结果表明载氧化铜活性炭的加入确实起到强化(绝缘和催化)复极性三维电解的作用,提高了反应对硝基苯和苯胺的最终处理效果。