光催化降解染料甲基橙 一、目的要求 1、掌握确定反应级数的原理和方法； 2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 光催化始于1972年，Fujishima和Honda发现光照的TiO2单晶电极能分解水，引起人们对光诱导氧化还原反应的兴趣，由此推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。 1976年，Cary等报道，在近紫外光照射下，曝气悬浮液，浓度为50μg/L 的多氯联苯经半小时的光反应，多氯联苯脱氯，这个特性引起了环境研究工作者的极大兴趣，光催化消除污染物的亚牛日趋活跃。国外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2 H2O，而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-，SO42-，PO43-，PO43-，NH4+，NO3-等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 光催化以半导体如TiO2，ZnO，CdS，Fe2O3，WO3，SnO2，ZnS，SrTiO3，CdSe，CdT e，In2O3，FeS2，GaAs，GaP，SiC，MoS2等作催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，帮TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当
光催化降解染料甲基橙 专业班次：应用化学3班学号： 姓名：日期： 2015年5月12日 1.实验目的 1、掌握确定反应级数的原理和方法； 2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 2.实验原理 国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2 H2O,而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-,SO42-,PO43-,PO43-,NH4+,NO3-等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 光催化以半导体如TiO2,ZnO,CdS,Fe2O3,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3,CdSe,CdTe,In2O3,FeS2，GaAs,GaP,SiC,MoS2等作催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，帮TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为 λg（nm）=1240/Eg(eV) 当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm的近紫外光）照射半导体光催化剂时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e-），在价带上产生带正电的光生空穴（h+）,形成光生电子-空穴对。空穴的能量为7.5 eV，具有强氧化性；电子则具有强还原性。 当光生电子和空穴到达表面时，可发生两类反应。第一类是简单的复合，如果光生电子与空穴没有被利用，则会重新复合，使光能以热能的形式散发掉 e-+h+==N+energy(hv’ 项目概述 ***********厂内现有部分循环水排污水。 为了节约用水，减少排放，实现水资源再利用，公司拟对厂内的上述各系统循环水排污水进行处理后回用于厂内循环水系统作为补水，代替新鲜水的使用。设计处理水量为200m3/h。 一．设计基础 1.水质情况 1.1水质指标 注：混合污水水质即为经计算后原水水质指标。 1.2水质分析 由以上数据表可以看出，将几股循环水排污水及浓水混合后，其水质的主要问题是电导率、总硬度、总碱度较高，需要进行降低去除处理。 而对于水中含盐量的降低去除则必然涉及到膜法除盐技术，而膜脱盐设备对于进水水质有一定的要求标准，从上述水质表分析，其水质总硬度、总碱度等指标较高，均超过膜脱盐设备的进水要求，原水的结垢性较强，易在膜过滤过程中形成垢类物质沉积在膜表面，影响膜的正常运行。所以必需对原水进行预处理，降低水质的总硬度、总碱度等指标，使处理出水达到膜脱盐设备的进水要求，才能进入脱盐设备进行脱盐处理。 本方案设计工艺分为两部分，一部分是预处理，一部分是脱盐处理。预处理主要用于降低水中的总硬度、总碱度等，脱盐处理主要用于降低水中的含盐量。2．设计水量 设计处理水量为：200m3/h。 二．技术工艺说明 1．技术工艺确定 1.1 技术工艺确定 根据污水水质分析，处理工艺确定为“预处理+脱盐”。其中预处理工艺需要降低水中总硬度、总碱度等，使出水水质满足膜脱盐设备的进水要求。对于水中的上述指标，均可通过“三法净水”处理技术进行有效降低去除，同时还可以进一步去除污水中的浊度、悬浮物等颗粒杂质。 由于处理出水作为循环水系统的补水，对于水质的含盐量要求并不高（新鲜水补水电导450-500uS/cm），而且随着回用设备的投运，循环水系统的含盐量逐渐降低，水质将逐渐改善，所以选择适度脱盐设备进行脱盐处理，即JR-EDR 电渗析脱盐设备。同时，JR-EDR电渗析脱盐设备具有运行成本低、膜抗污染性较强的特点，更适宜应用于污水回用处理。 设计技术工艺为：“三法净水”一体化设备＋JR-EDR电渗析脱盐设备。1.2工艺流程框图 加酸、杀菌剂 污水处理电化学处理技术 高级氧化技术一般针对难降解有机废水，如医药、化工、染料工业废水以及含有难处理的有毒物质物质等。 第一节电化学处理技术 一、基本原理与特点 1. 原理 电化学氧化法主要用于有毒难生物降解有机废水的处理，电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学而得到转化，从而达到削减和去除污染物的目的。根据不同的氧化作用机理，可分为直接电解和间接电解。 1 ) 直接电解 直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除今直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，甚至发生有机物无机化，从而达到削减、去除污染物的目的。阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除，阴极过程主要用于卤代经的还原脱卤和重金属的回收，如卤代有机物的卤素通过阴极还原发生脱卤反应，从而可以提高有机物的可生化性。 直接电解过程伴随着氧气析出，氧的生成使氧化降解有机物的电流效率降低，能秏升高，因此，阳极材料对电解的影响很大。 2 ) 间接电解 间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程（媒介电化学氧化）是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H202和O2等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、?HO、?H02/02 等自由基。 2. 电化学水处理技术的特点 1) 电化学方法既可以单独使用，又可以与其他处理方法结合使用，如作为前处理方法，可以提高废水的生物降解性； 2) 一般电化学处理工艺只能针对特定的废水，处理规模小，且处理效率不高； 3)有的电化学水处理工艺需消耗电能，运行成本大。 二、电化学反应器与电极 电化学反应器按反应器的工作方式分类可分为：间歇式、置换流式和连续搅拌箱式电化学反应器。按反应器中工作电极的形状分类可分为二维电极反应器、三维电极反应器。二维电极呈平面或曲面状，电极的形状比较简单，如平板、圆柱电极。电极反应发生于电极表面上，其电极表面积有限，比表面积极小，但电势和电流在表面上分布比较均匀。三维电极的结构复杂，通常是多孔状。电极反应发生于电极内部，整个三维空间都有反应发生。特点是比表面积大，床层结构紧密，但电势和电流分布不均匀。下列出了常见电化学反应器的电极类型。 N-TiO2的制备及可见光降解有机污染物的测定 一、目的要求 1、N掺杂TiO2光催化剂的简易液溶液制备； 2、测定甲基橙在可见光作用下的光催化降解反应速率常数； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2, H2O。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 光催化以半导体如TiO2,ZnO,CdS,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3等作催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点。TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂之一。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为 （nm）=1240/E g(eV) 当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm的近紫外光）照射半导体光催化剂时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e-），在价带上产生带正电的光生空穴（h+）,形成光生电子-空穴对。空穴具有强氧化性；电子则具有强还原性。 当光生电子和空穴到达表面时，可发生两类反应。第一类是简单的复合，如果光生电子与空穴没有被利用，则会重新复合，使光能以热能的形式散发掉。 第二类是发生一系列光催化氧化还原反应，还原和氧化吸附在光催化剂表面上物质。 TiO2→e-+h+ OH-+h+→·OH 电化学氧化法对处理垃圾渗透液的影响 外加不同盐类对污染物去除的影响 图1在电化学氧化法处理过程中，加入其它盐来探讨外加盐类对电化学氧化处理的影响。在电解时，分别加入5000mg?L-1硫酸钠和氯化钠。 盐类对污染物去除的影响 对比图1和图2可知，当外加入硫酸盐后电化学处理垃圾渗滤液时污染物去除效率较未加硫酸盐时降低了，这说明硫酸盐的加入对渗出液电化学氧化处理起到了消极作用。硫酸根是含氧阴离子，其加入抑制了Cl2/HClO生成，进而导致了垃圾渗滤液的处理率降低。 当外加氯化物时，COD和铵氮的去除率都提高了，这说明外加氯化物对垃圾填埋场浸出液的电化学氧化处理有积极作用。同时，外加氯化物时，铵氮去除率远远高于COD的去除率，铵氮的去除占主要地位。 氯化物浓度对污染物去除的影响 通过外加不同浓度的氯化钠来研究氯化物浓度对电化学氧化法处理垃圾渗滤液的影响。 图3氯化物浓度对污染物去除的影响 由图3可知：铵氮与COD去除率均随氯化物浓度增大而提高。因为Cl-浓度高，生成 Cl2/HClO浓度也高，增强了间接氧化作用。从图3还可知，在电解过程中，COD去除率低于 铵氮去除率。然而，在电解过程的后阶段，当铵氮几乎完全去除时，COD的去除率立即增大。这也说明在去除铵氮与COD过程中，铵氮被优先去除。 当外加氯化物6000mg?L-1、电流密度为12A?dm-2，电解240min，COD去除率可达90 %。 3电流密度对污染物去除的影响 电流密度对污染物去除的影响 污染物去除率随电流密度增加而增加。电流密度增加，铵氮去除率大幅增加，而COD 去除率只是稍稍增加。因为垃圾渗滤液中含有较高浓度铵氮，在电化学氧化处理过程中，铵氮优先去除，故要得到较高的COD去除率，外加氯化物是十分必要的。 结论 (1)电化学氧化法能有效处理垃圾渗滤液。使用SPR阳电极，12A?dm-2电流密度， 6000mg?L-1氯化物，电解240min，COD去除率可达90%。 (2)电化学氧化法对COD与铵氮的去除情况不同。铵氮能优先被去除，去除效率高达100%。当铵氮完全去除后COD去除率明显增大。若预先将铵氮去除，则电解时COD去除率会提高，这样会减少电耗。 (3)SPR阳极对渗出液处理率最高。随着电流密度和氯化物浓度增大，渗出液处理率增大。 8种电化学水处理方法 电化学水处理- 世间万物，都是有一利就有一弊。社会的进步和人们生活水平的提高，也不可避免地对环境产生污染。废水就是其中之一。随着石化、印染、造纸、农药、医药卫生、冶金、食品等行业的迅速发展，世界各国的废水排放总量急剧增加，且由于废水中含有较多的高浓度、高毒性、高盐度、高色度的成分，使其难以降解和处理，往往会造成非常严重的水环境污染。 为了处理每天大量排出的工业废水，人们也是蛮拼的。物、化、生齐用，力、声、光、电、磁结合。今天笔者为您总结用电’ 来处理废水的电化学水处理技术。 电化学水处理技术，是指在电极或外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一定的化学反应、电化学过程或物理过程，对废水中的污染物进行降解的过程。电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为环境友好’ 技术。 电化学水处理的发展历程 1799 年 Valta制成Cu-Zn原电池，这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源 1833 年 建立电流和化学反应关系的法拉第定律。 19世纪70年代 Helmholtz提出双电层概念。任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层。 1887 年 Arrhenius提出电离学说。 1889 年 Nernst提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程。 1903 年 Morse 和Pierce 把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去。 1905年 提出Tafel 公式，揭示电流密度和氢过电位之间的关系。 1906年 光催化降解甲基橙实验报告 光催化降解染料甲基橙 一、目的要求 1 、掌握确定反应级数的原理和方法； 2 、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3 、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 光催化始于1972 年，Fujishima 和Honda 发现光照的TiO 单晶电极能分解水，引起人们对光诱导2 氧化还原反应的兴趣，由此推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。 1976 年，Cary 等报道，在近紫外光照射下，曝气悬浮液，浓度为50 μg/L 的多氯联苯经半小时的光反应，多氯联苯脱氯，这个特性引起了环境研究工作者的极大兴趣，光催化消除污染物的亚牛日趋活跃。国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2 H2O ，而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X- ，SO42- ， PO43- ，PO43- ，NH4+，NO3- 等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物2理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。光催化以半导体如TiO ，ZnO， CdS，FeO，322 WO，SnO，ZnS ，SrTiO ， CdSe ，CdTe ，InO ，32323 FeSGaAs ，GaP，SiC ，MoS 等作催化剂，其中TiO 222 ，具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，帮TiO 是目前广泛研究、效果较2 好的光催化剂。半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1 时锐钛矿型TiO 的禁带宽度为 3.2eV ，半导体的光吸2 收阈值λg 与禁带宽度Eg 的关系为λ（nm）=1240/Eg（eV）g当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm 的近紫外光）照射半导体光催化剂 时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e- ），在价带上产生带正电+），形成光生电子- 的光生空穴（h 空穴对。空穴的能3 量（TiO ）为7.5 eV ，具有强氧化性；电子则具有强2 还原性。 电化学水处理考察报告 针对我公司设备冷却循环水质不达标情况，由能源部、机动部联合组织相关人员分别对上海东方维尔和山西和风佳会两家公司在工业领域的应用进行了实地考察，两家公司处理原理基本相同，只是处理设备的形式上有所区别。 两家公司电化学水处理技术的主要工作原理是利用电化学的氧化还原反应，将水中的Ca2+、Mg2+以固体形式排除，降低水体的硬度，同时产生氧化性物质，抑制循环水系统中菌藻的滋生，达到杀菌灭藻功能。目前，对于电化学循环水处理技术的机理研究主要集中在以下几个方面： 1.电化学除垢原理 在直流电场的作用下水在阴极发生电解反应生成OH-，由阴极反应产生的OH-离子，打破阴极附近溶液中碱度与硬度的平衡，溶液中的HCO3-离子转化为CO32-离子，同时水中的Ca2+、Mg2+等成垢离子在静电引力的作用下向阴极区迁移，分别生成CaCO3、Mg(OH)2沉淀析出，同时在电场的作用下，CaCO3在阴极板表面的结晶形式由坚硬的方解石结构转变为较为疏松的文石型结构，更易于剥离去除 2.电化学杀菌原理 在电场的作用下，水中的氯离子会被氧化成氯气、次氯酸、次氯酸根等自由氯组分，电解氯化作用，主要通过次氯酸起作用。次氯酸为很小的中性分子，它扩散到带负电的细菌表面，并通过细菌的细胞 壁穿透到细菌内部。当次氯酸到达细菌内部时，能起氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。在电催化反应中，通过电解水以及溶解在水中的氧气在电极表面生成一些短寿命的中间产物，即臭氧、羟基自由基、过氧化氢和氧自由基等，这些强氧化性的物质能使微生物细胞中的多种成分发生氧化，从而使微生物产生不可逆的变化而死亡。 3.电化学处理设备的工作流程 冷却水在反应室内，经过电化学作用发生下列反应：（1）在阴极（反应室内壁）附近形成一个强碱性环境，使CaCO3从水中析出，与沉积的重金属离子一起附着在内壁上。（2）电流导致悬浮颗粒失稳，形成较大絮体沉淀下来。（3）在阳极附近，氯离子被电解氧化生成游离氯或者次氯酸。（4）在阳极附近同时生成氢氧根自由基、氧自由基、臭氧和双氧水，这些物质进一步强化在反应室内和整个水系统的杀菌灭藻效果。（5）当设备工作时间达到设定值或者水中电导率过高时，控制系统就启动自动刮垢、排污和清洗程序。进水阀门自动关闭，同时排污阀门开启，电机启动刮刀刮掉反应室内壁的软质水垢，与沉淀物一起排出反应室。然后进水阀门开启，刮刀停止运动，将水垢和沉淀物彻底清洗干净。达到设定时间后，排污阀门自动关闭，设备恢复正常工作。 通过对两家公司电化学水处理设备在焦化行业循环水池的应用我们进行比较，东方维尔的设备安装在曹妃甸首钢京唐公司的焦化循环水池，该设备为矩形反应室，阳极和阴极都是板式结构，需要手动清理污垢，并且需要把反应设备停车进行处理。山西和风佳会的处理 实验16 光催化降解染料甲基橙 一、目的要求 1、掌握确定反应级数的原理和方法； 2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 光催化始于1972年，Fujishima和Honda 发现光照的TiO2单晶电极能分解水，引起人们对光诱导氧化还原反应的兴趣，由此而推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。 1976年,Cary等报道，在近紫外光照射下，曝气悬浮液，浓度为50 μg/L 的多氯联苯经半小时的光反应，多氯联苯脱氯，这个特性引起了环境研究工作者的极大兴趣，光催化消除污染物的研究日趋活跃。在水的各类污染物中，有机物是最主要的一类。美国环保局公布的129种基本污染物中，有9大类共114种有机物。国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2、H2O,而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-,SO42-,PO43-,PO43-,NH4+,NO3-等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 “光催化”这一术语本身就意味着光化学与催化剂二者的有机结合，因此光和催化剂是引发和促进光催化反应的必要条件。光催化以半导体如TiO2、ZnO、CdS、A-Fe2O3、WO3、SnO2、ZnS、SrTiO3、CdSe、CdTe、In2O3、FeS2、GaAs、GaP、SiC、MoS2 等作光催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，故TiO2事目前广泛研究、效果较好的光催化剂。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为 七、铝的电化学氧化法 在工业生产中，采用电化学氧化主要的电解液有三种：硫酸、草酸、和铬酸。根据电解条件的不同，在这些电解液里，可以获得不同厚度的、具有不同机械和物理—化学性能的氧化膜。 电化学铝氧化机理： 以硫酸为例，硫酸在水溶液中以离子状态存在： H2SO4?2H+SO42- 水本身也有一部分离解为H+和OH-。在外加电压的作用下，阳离子[H+]移向阴极并在阴极还原发生氢气。 H++e?H→H2↑ 阴离子[OH-]和[SO42-]移向阳极。在氧化工艺条件下，保持只有OH-的放电，而未达到SO4-放电电位，这是因为OH-容易失去电子的缘故。所以在阳极OH-失去电子生成水和新生态氧； 2 OH- -2e→H2O+[O] 在这一过程中，从反应式可以看出硫酸是没有消耗的，而新生态氧[O]则是由H2O分子离解除的OH-放电产生的。新生态氧的氧化能力很强，可以和AL反应生成Al2O3的氧化膜：2Al+3[O] →Al2O3（阳极）由于硫酸对金属铝和氧化膜都有溶解作用，所以在氧化过程中，还存在在以下二个化学反应： 2Al+3H2SO4→Al2（SO4）3+3H2↑ Al2O3+3H2SO4→Al2（SO4）3+3H2O↑ 从以上可知，而整个电解反应中，存在着电化学反应和化学反应两个过程。电化学反应是膜的生产过程，化学反应式膜的溶解过程。只有当生成速度大于溶解速度时氧化膜才能生长，并保持一定厚度。 在通电时，与电解接触的表面首先形成无孔，而绝缘一层薄膜（内层）本来膜不会再生长，因为该膜将底金属与电解液隔绝，但在内层形成的同时，膜就开始溶解而呈不均一性。某些薄的地方电阻较小，电流就集中在这里，把膜击穿，使电解液能通过膜孔而继续与底金属作用，而生成新的内层。原来的内层，由于电解液的溶解作用，生成多孔性的外层。内层的生成和溶解在整个氧化过程中是不断进行的：当膜在一定厚度时，膜的溶解速度小于生成速度，以致使膜不断增厚，因此阳极氧化所取得膜是整片玻璃状的无水氧化铝（Al2O3）组成的，其厚度始终变化不大，一般在0.01~0.1微米之间。而膜的外层较软，是由氧化铝（Al2O3*H2O）组成，多孔，孔呈毛细管形圆锥状，其小孔所占的区域占膜总体积约10~15%，这些小孔就是染色时吸附染料的地方。 阳极氧化处理方法和类型： 1.硫酸氧化工艺： 硫酸氧化法目前广泛应用在防护装饰性的阳极氧化处理方面。 硫酸氧化法工艺有以下优点： (1)膜层较厚，表面色泽为透明无色，吸附能力好，有利于染着各种鲜艳的 色彩。 (2)本工艺操作简单，电能消耗较小，不需要高压电源。 (3)生成效率高，氧化时间短。 (4)槽液毒性小，槽液价格便宜。 (5)溶液温度，生产操作易掌握。 (6)适用范围广，故在工业上得到广泛应用。 电化学法在水处理中的应用现状 摘要随着城市规模的不断扩大和人口的增加,水资源污染也日益严重,水污染治理也成为了关注的焦点。为此,电化学水处理技术也被研究应用到实际的污水处理中。对电化学法在重金属离子的回收和去除、难生物降解有机废水的处理、含染料废水的处理、含油废水的处理、垃圾渗滤液的处理、含氮废水的处理中的应用及处理效果做论述,得到很好的效果。 关键词电化学;水处理技术;应用 1概述 现代社会,废水处理是一个热门话题。目前,由于电化学方法具有处理装置紧凑、设备小、占地面积少、不产生二次污染,又能起到消毒作用等优点已得到人们的重视,用在造纸废水、印染废水、制药废水、医院废水、含油废水等的研究中。 目前,国内电催化法水处理的研究应用已有一定的基础,然而和国外相比还不是很系统。随着水处理领域的热点转移到有机废水的处理,电化学法降解有机废水受到国内外的关注。 电解法处理废水主要有电化学氧化法、电化学还原法、内电解法、电凝聚法、电气浮法、电沉积法、电渗析法、电吸附法。 2电化学在水处理中的应用 随着全球环境状况的日益严峻,环境保护及污染物处理问题引起了各国政府的高度重视。目前,在美、日等发达国家已经广泛的应用电化学方法进行催化氧化处理有机废水。国内在电化学处理废水方面也有很快的发展。由于电化学处理废水的种种优势与功能,近年来国内外的研究较多,现已广泛应用于处理电镀废水、化工废水、印染废水等的研究,并取得了一定的成效。 2.1难生物降解有机废水的处理 对工业部门外排的一些有机废水,由于有机物含量高、污水流量波动相对较大常规生物处理的效率是很低的,甚至是无效的。采用电解氧化过程处理这类废水,如果选用涂层电极作为阳极材料,就可通过阳极反应直接氧化分解有机污染物,或者通过阳极反应产生的氧化性物质间接分解有机污染物;如果选用可溶性铁或铝作阳极,就可在同一电解反应器中通过电氧化、电凝聚、电气浮协同作用去除有机污染物。从而达到很好的处理效果,COD的去处效率甚至可以达到98%以上。 2.2重金属离子的回收和去除 阳理工大学 研究生课程考试卷 课程名称：应用电化学 年级：2014 专业：化学工程 考号：1482060260 学号：1482060260 姓名：坤坤 阅卷人： 废水处理的电化学法 一电化学法介绍 有机废水的处理的电化学法有电氧化法、电还原法、电凝聚法、电渗析法、电气浮法、磁电解法、微电解法等。 和其他废水处理法比较，电化学法具有适应面广、可控性强、流程简短、操作便等优点，同时也具有能耗大、成本高、有机物分解不彻底等缺点。相对于废水处理而言，电化学转化可以把有毒物质转变为无毒物质，或把非生物相容的有机物转化为生物相容的物质(如芳香物开环氧化为脂肪酸)，以便进一步实施生物处理。 电化学处理工业废水主要是通过电解作用来完成的。电解质溶液在直流电的作用下使得废水中有害物质在阳极和阴极上进行氧化还原反应，沉淀在电极表面或沉淀在电解槽中，或生成气体从水中逸出，从而降低废水中有害物质的浓度或把有毒物质变成无毒、低毒物质。 电化学氧化法是指利用具有催化活性的电极氧化去除水中污染物的法，阳极可以通过氧化反应过程使污染物质氧化破坏，也可通过某些阳极反应产物（Cl2、ClO-、O2、H2O2）间接破坏污染物质。电化学氧化的法来处理含有机物的工业废水，就是在一定的电能条件下，让有机物进行缓慢燃烧，极缓慢氧化，使之最终生成CO2和H2O。 被氧化物质和电极基体直接进行电子传递的氧化法称为直接氧化法。根据被氧化物质氧化程度的不同，直接氧化法又分为2类:一是电化学转换，即被氧化物质未发生完全氧化。二是电化学燃烧，即被氧化物质彻底氧化为稳定的无机物。 电极表面的性质决定了被氧化物质的氧化程度。电极催化特性、电极结构与电化学反应器结构特性等操作条件是影响电化学氧化效率的重要因素。电极材料的性质是决定电极催化特性的关键因素。常见的用于废水处理的电极材料有金属、碳素体、金属氧化物等。通过变换电极基体材料或用有电催化性能的涂层对电极表面进行修饰改性可以改变电极材料的性质。 金属电极在废水处理易发生钝化，电极的活性降低。因此常用贵金属作为阳极处理污水。碳素体种类很多，常用的有墨电极和活性炭电极。金属氧化物电极大多为半导体材料，钛基涂层电极是金属氧化物电极的主要形式。 为改善或加强传质，提高电极比表面积可以改变电极结构和反应器几形状。在电化学氧化过程中，常出现被氧化物在电极表面上形成聚合物膜的现象，使传质受到影响。为了提高电极比表面积，可以把电极做成多状、网状、球状、环状等多种形状。 电流密度是影响电化学反应速度的主要因素，但电流密度不能无限增大，当超过某一值后，过量的电子不经过电极反应，直接流进溶液，使电流效率下降。 利用电化学反应产生的氧化剂M氧化被氧化物质的法称为间接电化学氧化法。这时氧化剂M是被氧化物质与电极交换电子的中介体。常见的氧化剂是电化学反应过程中产生的短寿命中间物，如溶剂化电子，·OH，O2·和HO2·等。Comninellis[1]利用阳极上产生的含氧自由基成功实现了对含酚废水的处理。电极反应产生的其他形态的氧化剂主要是金属及其氧化物，如MnO2，CuO，NiO，Ag(Ⅰ/Ⅱ)等。当金属氧化物作氧化剂时，有机物氧化的电位区由这些金属氧化物的氧化还原电位所决定。为了得到高的电流效率，间接氧化法必须满足以下要求:①M的生成电位必须不靠近析氢或析氧反应的电位;②M的产生速度足够大; TiO2（ZnO）制备条件对光催化氧化活性的影响 摘要以钛酸四丁酯为前驱体、无水乙醇为溶剂，采用溶胶—凝胶法制备了粉末二氧化钛催化剂以及粉末氧化锌催化剂作为对照。讨论在不同条件下，如：钛酸丁酯的浓度、加水量、陈化时间、陈化温度、焙烧时间和温度等条件对光催化降解偶氮染料甲基橙活性的影响和机理。实验分为催化剂的制备及催化剂的光催化能力降解实验两部分。【1】实验结果表明：氧化锌催化剂有较高的催化活性。这说明制备的二氧化钛具有的活性不够高，实验仍需进一步的改进。 关键词溶胶—凝胶法、纳米TiO2、光催化降解、甲基橙 前言 光催化氧化技术自20世纪80年代后期开始应用于环境污染控制领域以来，由于该技术可以有效破坏许多结构稳定的无机、有机污染物，并且与传统水处理技术中的以物理方法相比，具有明显的节能、高效、污染物降解彻底等优点，已成为引起国内外重视的污染治理技术之一。制备高活性的Ti x O y是这种过程在处理废水实际应用的重要课题。合成Ti x O y的方法有很多，不同方法、条件制备的Ti x O y，光催化活性相差很大。溶胶-凝胶法是在低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，在软化学合成中占有重要地位。广泛应用于制备纳米粒子。本实验以钛酸四丁酯为前驱体、无水乙醇为溶剂，采用溶胶—凝胶法制备了粉末二氧化钛催化剂以及粉末氧化锌催化剂作为对照。并以典型的偶氮染料甲基橙为目标污染物，对实验制备的二氧化钛催化剂进行了光催化活性评价，并对机理进行了简单的探讨。 原理 1、T i x O y为光催化剂催化降解的意义 当光子能量高于半导体带隙能(如TiO2,其带隙能为3.2ev)的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带。而使导带产生高活性的电子(e-)，而价带上则生成带正电荷的空穴(h+)，形成氧化还原体系。对TiO2催化氧化反应的研究表明，光化学氧化反应的产生主要是由于光生电子被吸附在催化剂表面的溶解氧俘获，空穴则与吸附在催化剂表面的水作用，最终都产生具有高活性的羟基自由基·OH。而·OH具有很强为氧化性，可以氧化许多难降解的有机化合物(R)为CO2和H2O，用于处理工业废水具有成本低,无二次污染等优点,是一种很有应用前景的废水处理方法。 甲基橙模拟废水吸附降解方法 印染废水成分复杂、水质变化大、可生化性差、色度高，属于典型的难降解有机工业废水。偶氮染料是染料中品种及数量最多的一类，是染料废水的主要污染物之一。目前常用的偶氮染料废水处理方法主要有物理法、化学法、生物法等[1, 2, 3]。物理法对污染物降解不彻底，化学法应用成本较高，生物法对污染物的降解速率缓慢、反应周期长。 纳米零价铁具有尺度小、表面效应大、吸附能力强、能快速降解环境中的多种污染物等特点而被用于地表水和地下水修复领域[4, 5]。但纳米零价铁自身的磁性引力易引起团聚，与污染物的有效接触面积减小，降解率下降且不易回收，因此近几年对纳米零价铁的修饰主要集中在将其负载于固体载体如硅、活性炭、树脂等，以增大纳米铁颗粒的比表面积，抑制团聚发生，增强纳米零价铁颗粒在环境介质中的迁移能力[6]。杭锦土富含稀土元素和稀有元素，是以斜绿泥石、坡缕石、伊利石、方解石等为主要矿物结合的一种混合黏土。该矿床位于内蒙古杭锦旗境内，储量大、易开采且成本低廉。因其具有较强的吸附性和离子交换性，在环保领域具有一定的应用前景。 笔者采用液相还原法，以廉价的杭锦土为载体制备了负载型纳米零价铁，并对其进行表征，以偶氮染料甲基橙为研究对象，考察相关影响因素对甲基橙降解率的影响。发现负载型纳米零价铁对甲基橙染料的降解效果显著，因此杭锦土负载纳米零价铁去除甲基橙是一种可行且有效的方法。 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 试剂：甲基橙、FeCl3·6H2O、硼氢化钠，国药集团化学试剂有限公司;无水乙醇，北京化工厂;去离子水、氮气、HCl、NaOH，以上均为分析纯。天然杭锦土，产自内蒙古杭锦旗地区。 仪器：UV-4802型紫外-可见分光光度计，pHS-3型精密pH计，ZR4-6型六联混凝试验搅拌机，HJ-1型磁力搅拌器，DHG-9030A鼓风干燥箱;DZF-6050B型真空干燥箱;S4800冷场发射扫描电子显微镜;D8 advance X射线粉末衍射仪。 1.2 杭锦土负载纳米零价铁的制备 将磨碎的天然杭锦土在60 ℃鼓风干燥箱内烘干12 h，过0.074 mm(200目)筛后置于真空干燥器中备用。取2.0 g预处理的杭锦土置于三口烧瓶中，称取9.66 g FeCl3·6H2O 溶于50 mL乙醇溶液(40 mL无水乙醇、10 mL水)中，充分溶解后转移至三口烧瓶中，在氮气氛围下磁力搅拌15 min。另称取3.54 g NaBH4溶于100 mL水中后转移至梨形分液漏斗中，在持续通入氮气条件下以每秒2~3滴的速度逐滴加入三口烧瓶混合液中，整个反应过程中三口烧瓶中的溶液颜色由黄色变为灰色后生成黑色凝胶物质，表明生成了零价铁。滴加完成后继续在氮气氛围下搅拌20 min以保证体系中的Fe3+被充分还原。反应完成后，用无水乙醇将生成产物转移至砂芯漏斗快速抽滤，抽滤过程中用无水乙醇洗涤3次以去除残余的硼氢化钠和氯化钠等杂质，回收滤渣并将湿产品置于真空干燥箱于75 ℃隔夜 (10~12 h)干燥即可得到负载型纳米零价铁材料。反应式[7]为： 1.3 甲基橙脱色实验 电化学水处理系统 Electrolytic Descaling System 工业冷却循环水除垢技术 电化学水处理系统原理简介 一、电解； 1、原理概述：高频、变频电解反应将水分子打散，变成中性的小分子还原水(小分子还原水国际公认具有强渗透力与溶解能力），细化的水具有强的 溶解性和渗透性，可以渗透进管道的水垢及铁锈层，逐步将其溶解。 2、系统中带正电的离子（Ca2+、Mg2+、Fe3+）随着系统的循环水流出，并被水力清的电极外网（负极）吸附并在上面形成钙、镁的化合物结晶,降 低水体的硬度，且吸附网的吸附能力远远大于水垢在换热器铜管内生成的 能力，使水垢能集中在吸附网上生成，从根本上解决换热器管道内水垢的 产生。 3、 原理示意图；①还原水溶垢、锈示意图（H· 代表小分子还原水）： 循环水除垢机的先进性、突破性与高效益 ②还原水流动溶垢、锈示意图 ③电极吸附收集水垢示意图 电化学水处理系统工作特征 ◎ 超环保 首创高频变频电解纯物理方式吸垢除锈，不需化学药剂，避免管道及换热设备腐蚀。 ◎ 超节能 自身功率为 0.3-4.5KW，却可以提升系统 5-25%综合效果，节约能耗 5-20%。！ ◎ 超节水 基本不需要排污，同比目前行业水处理法节水量超过 90%及以上。 ◎ 超智能 全天候无需人员值守，管理方便，简单，不需专人管理。 冷却水系统除垢除锈的必要性: ◎ 长时间不对冷却水进行处理，会造成管道以及换热设备内壁生成水 垢，影响冷却水流量及换热效率，降低冷却效果，影响生产。 ◎ 严重时甚至堵塞换热设备，停机清洗，影响生产效率。 ◎ 常年累积的水垢与铁锈导致换热设备冷却效果不理想，成型周期变 得越来越长。甚至会出现垢腐蚀管路、设备现象。 电化学水处理系统带来的好处: ◎ 时刻吸垢，让冷却水系统处于无垢状态。稳定冷却水流量，提高冷 却效果及换热效率。保障正常生产。 ◎ 不需投放化学药剂，避免管道、换热设备腐蚀，增加设备的使用寿 命。同时减少人工及时间去清理水塔、水池，减少排水 量，节能环 保。 光催化降解甲基橙反应动力学参数测定实验操作规程 一、实验目的 l .掌握确定反应级数的原理和方法: 2. 测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期: 3 .了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验操作流程 l 、调整分光光度计零点，打开分光光度计电源开关，预热至稳定。调节分 光光度计的波长旋钮至462nm 。打开比色槽盖，即在光路断开时，调节"0" 旋钮， 使透光率值为0。取一只lcm 比色皿，加入参比溶液蒸馏水，擦干外表面(光学玻 璃而应用擦镜纸擦拭) ，放入比色槽中，确保放蒸馏水的比色皿在光路上，将 比色槽盖合上，即光路通时，调节"100" 旋钮使透光率值为100% 。 2、四基橙光催化降解 进行光催化反应实验时，首先向反应器内加入10mL 的1000 mg/L 的甲基橙贮备 液，并加480mL水稀释，配成500mL的20 mg/L 的甲基橙溶液，然后加入0.2g 纳 米Ti0 催化剂，磁力搅拌使之悬浮。避光充空气搅拌30min ，使甲基橙在催化2 剂的表面达到吸附/脱附平衡，移取10mL 溶液于离心管内。然后开通冷却水，并 开启光源进行光催化反应25min ，每隔5min移取10mL 反应液，经离心分离后， 取上清液进行可见分光光度法分析。采用722 型可见分 光光度计，通过反应液的吸光度A 测定来监测甲基橙的光催化脱色和分解效果。 在0-20mg/mL 范围内，甲基橙溶液浓度与其462nm 处的吸收什呈极显著的正相关 (相关系数达0.999以上) 。 三、数据记录及处理 1 、设计实验数据表，记录温度、吸光度、时间等数据 2、采用积分法中的作图法由实验数据确定反应级数。 3 、计算甲基橙光催化降解的半衰期 4 、计算甲基橙降解率 总抗氧化能力TAC 对于什么是总抗氧化能力，相信很多人无法清楚表述。 总抗氧化能力是指一个体系中大小分子和酶总和的水平，也就是抗氧化自由基，就代表该体系的总抗氧化能力。目前有多种方法可以检测，我们下面一一讨论。 那为什么要测试总抗氧化能力呢？怎样量化总抗氧化能力这个参数呢？ 首先回答第一个问题，越来越多的研究显示抗氧化是预防衰老的重要步骤，因为自由基或氧化剂会将细胞和组织分解，影响代谢功能，并会引起不同的健康问题。如果能够消除过多的氧化自由基，对于许多自由基引起的及老化相关疾病都能够预防。例如常见的癌症、动脉硬化、糖尿病、白内障、心血管病、老年痴呆、关节炎等，这些疾病都被认为与自由基相关。 研究抗氧化能力，可以有效克服其所代理的危害，为人类身体健康带来重大突破，所以被化妆品企业、保健企业以及饮料食品企业还有生命科学届所关注。 3.第二个问题，我们该怎样量化总抗氧化能力这个参数，用什么方法来测试？FRAP法、电化学法、e-BQC电化学总抗氧化能力测试法。 1.FRAP法 是一种采用Ferric Reducing Ability of Plasma(FRAP)方法，对血浆、血清、唾液、尿液等各种体液，细胞或组织等裂解液、植物或中草药抽提液、或各种抗氧化物(antioxidant)溶液的总抗氧化能力进行检测的方法。植物或中草药抽提液、或各种抗氧化物溶液的总抗氧化能力的检测可以用于检测各种溶液的抗氧化能力的强弱，可以用于筛选强抗氧化能力的药物。 FRAP法测定总抗氧化能力的原理是酸性条件下抗氧化物可以还原Ferric- tripyridyltriazine (Fe3+-TPTZ)产生蓝色的Fe2+-TPTZ，随后在593nm测定蓝色的Fe2+-TPTZ即可获得样品中的总抗氧化能力。 Antioxidant Fe3+-TPTZ ——————> Fe2+-TPTZ (蓝色) 由于反应在酸性条件下进行，可以抑制内源性的一些干扰因素。并且由于血浆等样品中的铁离子或亚铁离子的总浓度通常低于10μM，因此血浆等样品中的铁离子或亚铁离子不会显著干扰FRAP法的检测反应。由于反应体系中的铁离子或亚铁离子是和TPTZ螯合的，样品本身含有的少量金属离子螯合剂通常也不会显著影响检测反应。 2.ORAC法 ORAC分析是指对的抗氧化能力的测定中，在各种类型的，如食品和生物样品。荧光指 一、什么是循环冷却水 循环冷却水是冷却水换热水并经降温，再循环使用的给水系统，包括敞开式和密闭式两种类型，由冷却设备、水泵和管道组成。 在许多工业部门的生产过程中，产生大量废热，需及时用传热介质将其转移到自然环境中，以保证生产过程正常运行。由于天然水具有优良的热传递性能且费用低廉，资源丰富而被用作工业废热的传热介质，在工业生产中称为冷却水，工业冷却水在各国都是工业水最大用户，除升高温度外冷却水的理化性质无甚显著变化，若采取适当降温措施，使之形成循环回用系统，是节约工业用水的重要途径。 循环冷却水由于受浓缩倍数的制约，在运行中必须要排出一定量的浓水和补充一定量的新水。使冷却水中的含盐量、PH值、有机物浓度、悬浮物含量控制在一个合理的允许范围。如何安全的提高浓缩倍数减少水资源的消耗和运行成本，在水资源税开征和排污收费的大趋势下将极大的节约企业的生产成本。 如何在保证不结垢、不腐蚀的条件下提高循环水的浓缩倍数已成为行业研究的课题。传统的通过加药剂阻垢、缓蚀在浓缩倍数达到一定程度的时候，必须对循环水进行置换，以保证系统的稳定运行。排出系统的废水含盐量高、因为添加药剂的原因，污水的成分比较复杂又难以处理，对后续的污水处理实现达标排放带来了诸多挑战。 二、循环水浓缩倍率与节水的关系 提高循环水的浓缩倍数（目前我国的循环冷却水浓缩倍数一般为1.5—3.0），可降低补充水的用量，节约水资源，同时可降低排污水量，从而减少其对环境的污染，降低生产成本。 设某企业循环冷却水系统，循环水量为10000m3/h，冷却塔进出口水温分别为42℃和32℃，风吹损失占循环水量的0.1%，在不同浓缩倍数下该系统的运行参数计算值见下表。 三、电化学除垢器概述 电化学除垢器又称为电化学除垢设备也称之为循环水电化除垢设备，在循环水处理中采用电化学除垢技术，是环保节能的高新技术。电化学除垢设备循环系统全部采用新型材料，设备使用期长达15年，系统无易损件，不侵蚀，不用维修。从病根上解决了出锈水的问题，和每年都要定期维修的问题。 四、电化学水处理系统介绍 原理和技术优势简介： 电化学水处理系统是以电化学的电解原理和极性水分子理论为基础发展起来的环保新技术，它具有除垢、防垢、杀菌、灭藻、缓蚀等功能，还可以溶解水循环管路已成固体的垢、降低盐类离子浓度、降解有机物质、节水、节能无污染等新的技术性能，是循环水处理未来的主流处理方式。电化学 循环水处理工艺介绍
污水处理电化学处理技术
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8种电化学水处理方法
光催化降解甲基橙实验报告
电化学水处理考察
实验16-光催化降解甲基橙
七、铝的电化学氧化法
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