研究三维电极的影响在退化的亚甲蓝锂改性累托石

文摘

本研究介绍了亚甲蓝(MB)的电化学降解废水合成解决方案中使用三维粒子电极。这部小说粒子电极组装在本工作使用锂改性累托石(Li-REC)。的吸附性质的粒子电极在一系列的实验研究。板距离的最佳电化学操作条件,电池电压和电解液浓度2厘米,9 V, 0.06摩尔L⁻¹,分别。也发现,微波辐照可以有效地提高吸附性能和制作电极的电性质。此外,扫描电子显微镜(SEM)的制作电极进行了研究。实验结果显示的顺序制作电极的吸附特性和电气特性。所以,制作电极不仅是低成本、大批量生产,而且有效的达到脱色MB的解决方案。

1。介绍

近年来,随着社会的发展,环境污染问题变得越来越严重。最环保的染料废水的工业生产纸张、皮革、纺织品、等等。然而,一些染料及其衍生品不仅是人类有毒和致癌,导致过敏和皮炎(1,2),甚至引发癌症(3),但也不能生物降解的;亚甲蓝(MB)是一种典型的染料4]。因此,如何去除这些染料废水为避免不良健康危害和保护生态系统是一个十分紧急的事情。

有许多研究已引起高度重视降解染料废水。它可以通过使用化学(5,6)、物理(7,8),和生物(9,10)治疗技术。一些方法与物理和生物治疗通常是环境友好(11];他们与某些缺陷(12)和去除效率低,特别是一些工业废水含有非生物降解的染料(13]。众所周知,化学处理技术可以更有效,但完全退化通常是昂贵的,有时可能会带来新的污染物质在系统(14]。

因此,这些限制促使努力开发有效和环保处理染料废水。一个新的电化学反应器,三维电极反应器,引来众多关注的大比表面积和高的效率相比,传统的二维电极(15,16]。同时,传统的粒子电极,如活性炭(17和陶瓷颗粒18既昂贵又难以再生。因此,本文描述了一个新颖的粒子电极的合成方法由锂改性累托石(Li-REC)的低成本、大批量生产,发现高效的应用程序。

累托石(REC)是一个经常交替组成的层间的粘土矿物对nonexpansible二八面体的mica-like层,和一个会膨胀的二八面体的smectite-like层1:1的比例(19]。层间阳离子,Na⁺K⁺,Ca^{2 +}smectite-like层等等,可以很容易地与有机或无机阳离子交换(20.- - - - - -24]。因此,较小的离子半径和良好的导电性的锂,锂改性累托石具有良好的吸附和电性质。此外,与聚乙烯醇(PVA)的函数,捏造粒子电极不仅有良好的吸附和电性质,但也有较高的机械强度。

这部小说粒子电极制备和应用于降解合成解决方案包含MB的模型在三维电极反应器。与传统的粒子电极相比,这些电极的低成本、大批量生产,发现高效的应用程序。和制作的电极在扫描电子显微镜(SEM)的特征。此外,两个参数的影响(微波功率、微波辐射时间)在制造颗粒吸附性质进行了讨论。研究表明,这些伪造的粒子电极不仅具有良好的电化学和吸附性能,也可以在MB高效去除。

2。实验

2.1。材料

累托石是由赵忠祥的累托石矿床,湖北,中国。碳酸锂(李₂有限公司₃)从上海徐占云(音译)先生办购买化学试剂厂。草酸(C₂H₂O₄·H₂O)、硼酸(H₃薄₃),无水氯化钙(CaCl₂)是由天津伯帝化学试剂厂。亚甲蓝(MB),无水硫酸钠(Na₂所以₄)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)和己二胺(NH₂(CH₂)₆NH₂)从国药控股购买化学试剂厂。所有化学物质被用作收到没有进一步净化。蒸馏水是用于实验。

2.2。粒子电极制备

4 g PVA彻底溶解在30毫升蒸馏水加热过程中在95°C水浴烧杯40分钟;然后冷却到室温(25°C)。之后,0.06 g海藻酸钠(SA)和6 g锂改性rectroite (Li-REC)被添加到解决方案具有足够agitatation直到被充分混合。混合物被塑造成许多小球形粒子(3 - 4毫米直径),下降到2%氯化钙(CaCl₂)饱和硼酸(H₃薄₃)解决方案10毫升一次性注射器,住在4 h。粒子被拉出,过滤,用蒸馏水洗净,放入5% (v / v)己烷二胺(NH)₂(CH₂)₆NH₂)解决方案1 h固化。最后,粒子与蒸馏水清洗至少三次,然后烘干的8 h在65°C。另一个粒子电极由原始rectroite (REC)也准备用同样的程序作为一个空白的控制。粒子电极由Li-REC和原始矩形标记为₁和S₂,分别。

为了获得更大的比表面积和改善这些粒子的吸附能力,进一步微波改性实验是根据两个因素(微波功率、微波辐照时间)。因此,两个新获得的样本标记为₃和S₄分别通过微波辐射示例₁和S₂。

样品的表面₁和S₂通过扫描电子显微镜(SEM)研究(日立、s - 750、日本)。此外,一系列的实验的吸附和电化学MB删除了节目制造颗粒的吸附和电特性。

2.3。实验装置

三维反应器设计工作容积为250厘米³(图1)。Titanium-ruthenium(90毫米50毫米2毫米)和不锈钢(90毫米50毫米2毫米)作为阳极和阴极,分别。模拟废水是由溶解0.4 g·L⁻¹MB的蒸馏水和8.52 g·L⁻¹Na₂所以₄作为电解液。电力是提供直流稳压电源(WSA-H、深圳、中国)。电磁搅拌器和磁铁转子被用来确保更好的混合效果。为了消除目标化合物的吸附的影响,粒子电极首先浸泡在MB模拟废水,直到吸附饱和,然后主电极之间。

2.4。浴实验

2.4.1。吸附实验

吸附实验使用包含200毫升250毫升玻璃烧杯MB染料(400 mg·L⁻¹),1.704 g Na₂所以₄(0.06摩尔·L⁻¹),1 g的粒子。包含混合溶液的玻璃烧杯放置磁铁的磁力搅拌器和搅拌转子在室温下对3 h。在反应期间,每30分钟间隔1毫升反应的解决方案很快被采样到100毫升容量瓶1毫升吸管,然后被蒸馏水稀释100倍。分析了稀释剂来确定MB浓度的解决方案通过UV / Vis谱在665海里。MB吸附到制造颗粒的数量是由不同的初始浓度和剩余MB的解决方案。吸附能力()计算 在哪里和指初始和时间MB的浓度的解决方案(mg·L⁻¹),而和是捏造的粒子的质量(g)和MB的解决方案(L)的体积,分别。

2.4.2。电化学实验

图1显示三维电极反应器的示意图,没有添加的粒子电极,这是传统二维电极。为了确保MB去除的最佳操作条件对电化学实验,各种参数的影响(板距离、电池电压和电解液浓度)MB的去除效率。通过一系列的实验板距离的最佳实验条件,电池电压,和电解液的浓度是确定为2厘米,9 V, 0.06摩尔·L⁻¹,分别。

与上面提到的最佳实验条件,1 g的粒子电极,另一个1 g的电极接触到足够的MB的解决方案是主要的电极之间,分别。直流电源,每个制造粒子极化和行为作为阳极和阴极一侧在另一边。在每30分钟间隔3 h电化学实验,1毫升反应的解决方案很快被采样到100毫升容量瓶1毫升吸管,然后被蒸馏水稀释100倍。在容量瓶稀释剂进行了分析,以确定MB浓度的解决方案通过UV / Vis谱在665海里。移除率计算如下方程: 在哪里和MB的浓度(毫克·L⁻¹)电化学试验之前和之后一个实验时间,分别。

3所示。结果与讨论

3.1。特征的粒子电极

扫描电镜样品的模式₁和S₂被显示在图2。数据2(一个)和2 (b)显示扫描电镜放大5000倍的捏造的粒子₁和S₂,分别。更多的孔隙中可以看到样品₁比样品年代₂和多孔结构,可大大加强传质,从而加快反应速率。也发现的粒子不改变累托石的层状结构。捏造的机械性能稳定粒子电极被确认。

3.2。微波功率对吸附的影响

吸附是影响微波的力量。从表可以看出1吸附反应是直接与微波的能力成正比。微波功率的影响在MB吸附是由添加400 mg·L⁻¹MB的浓度的解决方案(200毫升)和1 (S g的粒子₄)与永磁体转子在室温下搅拌3 h。和所有的吸附剂的微波辐射时间与不同的微波功率是一样的。它也在表中找到1的粒子电极吸附容量增加从13.91 mg·g⁻¹23.62 mg·g⁻¹几乎翻了一番,去除率从22.65%上升到26.58%随着微波功率的增加从300 w到800 w,分别。通过不同的辐照温度引起的不同的权力,这些粒子可能变得更加多孔温度较高,所以这两个吸附容量和去除率增加。然而,更高的能量会导致更多的能源消耗。当考虑去除率的差异在500 w和800 w并不重要,500 w用于辐照的力量。

3.3。辐照时间对吸附的影响

微波辐射时间MB吸附的影响是通过添加400 mg·L⁻¹MB的浓度的解决方案(200毫升)和1 (S g的粒子₄)与永磁体转子在室温下搅拌3 h。描述的结果表2,5至30分钟;吸附容量和细微的差别的去除率波动在22.43 mg·g⁻¹和25.07%,分别。30分钟的吸附容量和去除率急剧下降到19.02毫克·g⁻¹和21.63%,分别。虽然吸附剂有稳定的分层结构和制造颗粒的孔隙度将增加在微波辐照下,高温时的分层结构受损造成的长时间照射。与此同时,在考虑功耗,照射时间被确认为10分钟。

3.4。吸附研究

正如上面提到的,样品₃和S₄通过微波辐射(500 w、5分钟)样品年代₁和S₂,分别。磁铁转子的搅拌,1 g的吸附剂(S₁,年代₂,年代₃,年代₄)被添加到200毫升MB的解决方案与已知浓度的400 mg·L⁻¹在室温下,分别。吸附过程的最佳时间被选为3 h,每30分钟间隔1毫升反应的解决方案是抽样测试吸光度的UV / Vis分光光度计。图中描述的结果3。发现颗粒的去除率顺序MB去除是S₃>年代₁>年代₄>年代₂。众所周知,样品₁和S₂是由锂改性累托石(Li-REC)和生累托石,分别。样品年代₁有一个比样品年代粗糙表面多孔结构₂这可能是来自图吗2。所以Li-REC大空间分层的,样品的吸附特性₁比年代₂。与此同时,微波辐照后的粒子变得多孔,所以样品的吸附特性₃和S₄比年代₁和S₂,分别。

3.5。电化学降解研究

一系列类似的实验进行优化实验条件与板距离,电池电压、电解液的浓度2厘米,9 V, 0.06摩尔·L⁻¹,分别。和二维电极反应器的MB去除率为27.1%。与二维和三维的电化学降解比较在相同的最优电化学实验条件上面所提到的,1 g吸附剂和200毫升MB的解决方案(初始浓度400 mg·L⁻¹)分别被添加到电解设备,测试在室温下进行了3 h。全部切除的MB的解决方案结合的吸附和电化学方法如图4和退化的三维电化学吸附饱和捏造粒子是如图5。

它可以清楚地看到从图4所有的去除率MB的解决方案通过使用组合方法与不同的组合电极与反应时间增加。总去除率分别为70.0%,63.32%,73.7%,67.68%使用的粒子电极₁,年代₂,,年代₄,分别。从上面提到的吸附研究已知,取消利率MB清除吸附的年代₁,年代₂,年代₃,年代₄39.34%,31.38%,44.45%,和37.48%,分别。和二维电极电化学的去除率为27.1%。所以组合方法的MB的去除率大于颗粒的去除率和吸附和电化学方法。因此,装配式粒子可以作为三维颗粒电极。为了证实这个猜测和消除MB的吸附的影响,粒子电极首先浸泡在MB模拟废水,直到吸附饱和,然后主电极之间。从图可以看出5订单的去除率MB去除是S₃(32.49%)>₁(31.78%)>₄(30.48%)>₂(29.03%)。与此同时,MB的去除率仍大于二维电极的去除率(27.1%)。所以它可以证实,捏造粒子不仅有更好的吸附性能,而且可以作为三维颗粒电极。此外,这些电极的成本更低。在考虑大规模生产,它被发现有效的应用程序。

4所示。结论

本研究介绍了MB的去除模拟废水通过三维电极反应器的颗粒主要由Li-REC和服务作为粒子电极。的粒子电极电化学反应器的有利于增加接触面积。微波功率的影响和微波辐照时间的粒子电极MB去除效率的调查,和最优功率和照射时间调到500 w和10分钟,分别。是证明的吸附特性和电气特性的顺序组合粒子是S₃>年代₁>年代₄>年代₂。并且它可以证实,捏造Li-REC粒子被微波不仅有良好的吸附性能,还可以作为三维颗粒电极。此外,这些电极的低成本、大批量生产,发现更有效的应用程序。因此,装配式Li-REC粒子改性通过微波可以扮演重要的角色在三维电极体系。此外它可以被视为一个可行的替代治疗MB的废水。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是财务支持的湖北省自然科学基金项目(2014 cfb411),武汉理工学院科学研究基金项目(K201453),武汉理工学院的研究生教育创新基金项目(CX2015140)和总统基金项目武汉理工学院(2015057)。作者深深地感谢这些支持。

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