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射频放电诱导还原水中六价铬

大C-会员头像-www.bzwz.com标准物质网 大C 0 524 2021-02-04
【摘要】采用射频放电等离子体对水中六价铬(Cr(VI))进行还原研究,用高速相机观察了放电过程中等离子体宏观形貌的变化,用光谱仪检测了放电产生的自由基种类,并考察了入射功率、初始pH,Cr(VI)初始浓度以及羟基自由基(·OH)清除剂对Cr(VI)还原的影响。结果表明:等离子体形貌在宏观上呈现周期性变化;放电产生了·OH和氢原子(·H)。降低溶液的pH,增加放电的入射功率以及加入·OH清除剂均有利于Cr(VI)的还原;·H和次级产物过氧化氢(H2O2)是Cr(VI)还原的主要活性物质;射频放电的能量效率高于光催化,与辉光放电和电晕放电相近。利用射频放电还原水中Cr(VI)是一种高效、简易的水处理技术。
  • 近年来,电镀、颜料、化工、制革、冶金、耐火材料等行业迅猛发展,含铬废水的排放量不断增加。铬可生成+2、+3、+6等多种氧化态的化合物,其中最常见的是三价铬(Cr(Ⅲ))和六价铬(Cr(Ⅵ)),其毒性以Cr(Ⅵ)最强。Cr(Ⅵ)不但对生物有致死作用,对人体也具有强致癌、基因突变等影响。合理有效地处理Cr(Ⅵ)废水是当今环保领域的重要研究课题之一。由于Cr(Ⅲ)毒性小且在水溶液中易沉淀去除,因此,对于Cr(Ⅵ)的处理方法通常是将其还原为Cr(Ⅲ),其方法主要包括化学还原、离子交换、电解、光催化还原、辉光放电和电晕放电等。

    化学还原法是诸多方法中较为成熟的一种技术,但该方法出水不能回用,并且产生的废渣容易造成二次污染;离子交换法一次性投资大且操作过程复杂;电解法近年来发展较为成熟,但存在着成本较高的缺点;光催化还原法由于光催化剂的表面吸附率低,且还原产物与催化剂分离困难使其发展受到限制;辉光放电则需在高电导率下进行;电晕放电由于受到脉冲电压等诸多因素的限制导致其放电不稳定,且对电源要求较高。

    液相射频放电作为近些年发展起来的一项水处理技术,其在水中可产生氢原子(·H)、羟基自由基(·OH)、氧原子(·O)以及过氧化氢(H2O2)等多种活性物质,这些活性物质在处理污染物时具有效率高且无二次污染等优点。且在一定条件下,射频放电可在较宽电导率条件下激发且放电稳定[15],故在水处理领域中有良好的应用前景。

    本研究采用射频放电等离子体对水中六价铬(Cr(VI))进行还原研究,以期探究入射功率、初始pH、Cr(VI)初始浓度以及羟基自由基(·OH)清除剂对Cr(VI)还原的影响,为本方法在实际水污染处理的使用上提供有益的数据参考。

    1材料与方法

    1.1实验装置

    如图1所示,实验装置主要由射频电源(RSG-300,27.12MHz,常州瑞思杰尔有限公司)、匹配器(PSG-1,常州瑞思杰尔有限公司)、反应器和测量系统4部分组成。其中反应器由石英玻璃制成,其外部有夹层通入循环水,使放电时溶液的温度恒定。反应器顶部装有橡胶塞用来固定电极和温度计,反应器底部装有磁力搅拌器。放电电极材料为铂,铂丝外套有石英管,铂丝末端磨成尖状且略内收于石英管口部,对电极为一个套在石英管外的编织铜网,由于对电极本身具有自屏蔽效应,因此无需额外的屏蔽装置。

    1.2实验方法

    实验中利用硫酸(H2SO4,0.1mol·L-1)和氢氧化钠(NaOH,0.1mol·L-1)溶液来调节溶液的初始pH;用硫酸钠(Na2SO4,0.1mol·L-1)调节溶液的电导率。放电过程中每间隔一定时间取反应器内溶液2.0mL,用于分析检测。Cr(Ⅵ)采用二苯碳酰二肼显色法测定;Cr(Ⅲ)通过Cr-Ⅲ-EDTA络合物来检测;H2O2利用硫酸钛比色法测定。所有实验数据均为重复测定3次取平均值所得。使用高速相机(X600,FastecImaging)拍摄射频放电在Na2SO4溶液中等离子体的变化过程;使用发射光谱仪(PMA-11,日本滨松光子学商贸有限公司)绘制等离子体发射光谱图。

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