光电催化氧化法降解聚丙烯酰胺的研究

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  聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,简称 PAM) 作为一种线型的水溶性聚合物,是目前油田上应用最广泛的驱油聚合物,其水溶液呈高粘性。聚合物驱油给环境和周围生物带来巨大的长期的影响,造成地下水、地表水的污染,其分解后的单体丙烯酰胺会对人体及动物造成伤害甚至致死。因此,探寻有效处理含有 PAM 废水的方法和工艺,具有非常重要的现实意义。   本文通过光催化氧化、电催化氧化、光电催化氧化以及其它高级氧化技术对含有PAM的模拟废水进行降解。   光照和催化剂的是促进PAM降解的必要条件,对初始COD为954mg/L的水溶液,最佳实验条件为:TiO2浓度0.2g/L,初始pH值2.5;1h后,COD去除率达40%。反应的中间产物有小分子量的PAM、丙烯酰胺单体和丙烯酸等,最终产物是硝酸根。   采用电催化氧化法对PAM进行降解时,当阳极为材料DSA电极、石墨为阴极时效果较好。反应初期,外加电压对COD去除率影响不大;后期,COD去除率随电压值升高而提高,考虑降低能耗,选取电解电压10V。COD去除率随极板间距的增加而降低,综合考虑各方面因素,选择0.5cm为最佳值。最佳工况下,PAM模拟废水的COD去除率提在30min内提高幅度最大。   光催化氧化和电催化氧化过程的耦合产生了协同作用,可以充分的降解PAM。1h时, COD去除率为92%,高于单独光催化氧化(39%)和电催化氧化(27%)之和,说明光电催化降解过程具有更高的降解效率。当pH值为2.11时,COD去除率相对较高。酸性条件下,Cl-的存在可在阳极产生活性氯,进而促进有机物的降解。因此,HCl的加入可明显促进PAM的降解,COD降解率远高于投加H2SO4和不改变pH值时的情况。   阴离子的种类、浓度对粘度影响较小;且能明显促使PAM溶液的粘度下降,但不同电荷的离子影响程度不同,三种离子对粘度的影响存在着Al3+>Mg2+>Na+的关系。酸性条件下,pH值越小,溶液粘度越大;碱性条件对粘度影响很小。   臭氧浓度对PAM模拟废水的COD去除率影响不大,并呈现相同的趋势,及初期去除率较高,1h后逐渐稳定,可达10-55%。Fenton试剂对PAM的降解速度非常快,前30min内,羟基自由基己基本将PAM氧化,去除率为67%;30min以后, PAM浓度不再变化。但臭氧法和Fenton试剂所受影响因素较多。
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