申请日2017.02.15
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F1/461; C02F101/22; C02F101/10; C02F103/16
摘要
本申请公开了一种同时氧化镀铬废水中次磷酸根和还原六价铬的方法，所述方法包括使含有添加剂的镀铬废水在电解池中进行电解催化反应;所述电解池的阳极的材料采用二氧化钛;所述电解池的阴极的材料采用石墨。本发明示出的方法以二氧化钛电极为阳极，以氮化碳负载的石墨电极为阴极，反应过程中，电解池的阴极侧的电极反应为：H2O‑2e‑=H2O2+2H+产生H2O2，阴极产生的H2O2将镀铬废水中的六价铬离子还原为三价铬离子，还原过程中的中间产物五价铬离子能够催化H2O2产生·OH，·OH将次磷酸根离子氧化为正磷酸根离子，从而达到同时还原六价铬离子和氧化次磷酸根离子的目的。
权利要求书
1.一种同时去除镀铬废水中的次磷酸根离子和六价铬的方法，其特征在于，所述方法包括使含有添加剂的镀铬废水在电解池中进行电解催化反应;
所述电解池的阳极的材料采用二氧化钛;
所述电解池的阴极的材料采用石墨。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解池的阴极为可旋转式电极。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述可旋转式电极的转速控制在100rpm-500rpm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴极的表面负载氮化碳。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂采用柠檬酸铵和柠檬酸缓。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有添加剂的镀铬废水pH范围控制在3-5。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解催化反应的电流密度控制在1mA/cm2-100mA/cm2。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极与所述阴极的间距控制在1cm-5cm。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解催化反应的电解时间控制在10min-120min。
说明书
一种同时氧化镀铬废水中次磷酸根和还原六价铬的方法
技术领域
本申请涉及环境工程水处理技术领域，特别涉及一种同时氧化镀铬废水中次磷酸根和还原六价铬的方法。
背景技术
次磷酸根离子因其毒性较小、还原性强，而广泛应用于化学镀铬工艺中。通常化学镀铬工艺中排出的镀槽废水中次磷酸根离子的浓度高达3000mg/L，次磷酸根离子进入人体后，将会影响钙的吸收。此外，镀铬废水中含有大量高浓度的六价铬离子，六价铬离子是我国“十二五”期间重点防控的五大重金属污染物之一，其毒性比三价铬离子高出100倍，对环境及人体健康伤害极大。因此，必须妥善处理镀铬废水，严格控制镀铬废水中次磷酸根离子和六价铬离子的含量。
由于镀铬废水中往往同时含有六价铬离子和次磷酸根离子。因此，将六价铬离子还原为三价铬离子和将次磷酸根离子氧化成正磷酸根离子是去除镀铬废水中的六价铬离子和次磷酸根离子的关键步骤。目前的镀铬废水处理方法是先将次磷酸根离子氧化为正磷酸酸根离子，再加入石灰或铁盐等试剂，使以正磷酸酸根离子以沉淀的形式去除。然后在镀铬废水加入还原剂，将六价铬离子还原为三价铬离子，常用的还原剂有Na2S2O5、NaSO3、NaHSO3和FeSO4等。
但是，现有的镀铬废水处理方法，处理过程中还原剂利用率低、处理后的镀铬废水含盐量高、且处理过程中产生SO2引起环境的二次污染;此外，现有的镀铬废水处理方法只能分段还原六价铬离子和氧化次磷酸根离子，现有的镀铬废水处理方式工艺繁琐，还原剂利用率低，增加污水处理投资和运行成本。
发明内容
本申请的发明目的在于提供一种同时氧化镀铬废水中次磷酸根和还原六价铬的方法。此方法克服了现有的镀铬废水的处理方法存在的上述问题，采用此方法可在一个电解池中同时氧化次磷酸根离子和还原六价铬离子，实验结果表明，本申请示出的方法次磷酸根离子的氧化效率为95%，六价铬离子的还原效率为99%。
在达到上述目的中，本申请实施例示出一种同时氧化镀铬废水中次磷酸根和还原六价铬的方法。所述方法包括使含有添加剂的镀铬废水在电解池中进行电解催化反应;
所述电解池的阳极材料采用二氧化钛;
所述电解池的阴极采用石墨电极。
在说明书中所述的镀铬废水中次磷酸根离子的浓度为100mg/L-1000mg/L左右，pH值为2-13。
根据本申请示出的方法，将含有添加剂的镀铬废水置于电解池中，本申请以二氧化钛电极为阳极，以石墨作为阴极构建电催化电解催化反应体系(电解池)，反应过程中阴极发生的电极反应为：H2O-2e-=H2O2+2H+;镀铬废水中的水还原产生的H2O2将镀铬废水中的六价铬离子还原为三价铬离子，在还原过程中的中间产物五价铬离子催化H2O2产羟基自由基(·OH)。在催化过程中，五价铬离子可降低H2O2产羟基自由基(·OH)反应的活化能,即使在常温下其反应速度也非常快,H2O2迅速分解产生大量的·OH;·OH将次磷酸根离子氧化为正磷酸根离子，从而达到同时还原六价铬离子和氧化次磷酸根离子的目的。整个电催化电解催化反应体系是一个绿色的化学反应，无需外加H2O2等化学试剂，反应过程不会产生二次污染，并且本申请示出的方法对六价铬离子的还原效率可达到99%对次磷酸根离子的氧化效率可达到95%。
由于阴极发生的电极反应：H2O-2e-=H2O2+2H+，在弱酸性环境下可促进反应的进行，柠檬酸铵和柠檬酸缓冲液在弱酸性环境中的缓冲容量较大，所以本申请实施例采用柠檬酸铵和柠檬酸缓冲液作为添加剂调节镀铬废水的pH值，使镀铬废水的pH值控制在3-5的范围内，而较好的是pH3。
由于在反应条件恒定时，传质效率的提高有助于电解催化反应的进行。通常在电解池中增加搅拌装置，可以提高电解催化法应的传质效率。考虑到采用最简单的装置，达到最好的实验结果，本申请实施例将阴极设计成可旋转式电极，一方面，增加阴极与镀铬废水反应接触量，另一方面，促进液相传质过程，进而提高反应速率，提高电解催化率。
由于电流密度对电解催化反应速率有一定的影响。在电解时间相同的条件下，电流密度加大六价铬离子的还原效率及次磷酸根离子的氧化效率均有提高，但随着电流密度的逐渐增大，镀铬废水中·OH浓度逐渐增大，·OH逐渐在阳极聚集，在一定程度上会导致极板(阴极和阳极)钝化，同时增大电流密度导致耗电量的增加。本申请通在电流密度的探索过程中，同时兼顾电极的钝化程度，耗电量电解催化反应效率，经过大量实验的筛选出当电流密度为1mA/cm2-100mA/cm2时，电解催化过程中可同时兼顾电极的钝化程度和电解催化反应效率，而较好的电流密度为10mA/cm2。
对于电解催化反应而言，电极的构型配置很重要(极板间距：阴极与阳极的距离)。随着电解催化反应的进行，电极(阳极或阴极)会发生钝化，在可旋转式电极转速恒定的条件下，电极的间距越大液相传质的效果越显著，可以降低电极钝化程度;极板间距增大的过程中，虽然受钝化影响较小，但会增加耗电量，并且，但极板间距增大到一定程度会降低电解催化反应效率，本申请通过对极板间距的探索过程中同时兼顾电极的钝化程度，耗电量及电解催化反应效率，经过大量实验的筛选出当极板间距1cm-5cm时，电解催化过程中可同时兼顾电极的钝化程度和耗电量。最好的极板间距为2cm。
可选的，采用负载氮化碳的石墨电解催化作为阴极材料，六价铬离子还原效率和次磷酸根离子的氧化效率均有提高。本申请出特殊说明外均采用负载氮化碳的石墨作为阴极材料。
本申请公开了一种同时氧化镀铬废水中次磷酸根和还原六价铬离子的方法，所述方法包括使含有添加剂的镀铬废水在电解池中进行电解催化反应;所述电解池的阳极的材料采用二氧化钛;所述电解池的阴极的材料采用石墨。以二氧化钛电极为阳极，氮化碳负载的石墨电极为旋转阴极构建电催化反应体系。反应过程中，电解池的阴极侧的电极反应为：H2O-2e-=H2O2+2H+产生H2O2，阴极产生的H2O2将镀铬废水中的六价铬离子还原为三价铬离子，还原过程中的中间产物五价铬离子能够催化H2O2产·OH，·OH将次磷酸根离子氧化为正磷酸根离子，从而达到同时还原六价铬离子和氧化次磷酸根离子的目的，所述方法的工艺简单，操作方便，可有效降低污水处理的投资和运行成本。此外，本申请示出的方法是一个绿色的化学反应，无需外加H2O2等化学试剂，反应过程不会产生二次污染，并且对六价铬离子的还原效率以及次磷酸根离子的氧化效率较高，同时本申请采用的电极材料来源广泛，电解池装置操作简单，易于工业放大生产。