● 摘要
采用微滤炭膜为电极电催化降解有机废水，将膜过程和电催化氧化技术耦合，可以使两种工艺优势互补，提高污染物处理效率，实现两种工艺能量利用的高效化。本文针对目前炭膜电催化有机废水，矿化率低、炭膜易被腐蚀等问题，开展酚醛树脂基炭膜的制备、改性以及电催化降解苯酚的活性研究。 以热塑性酚醛树脂为原料，经预固化、混料、挤出成型、炭化后得到管状微滤炭膜。对炭膜的孔径分布、孔隙率、纯水通量、微观形貌和耐电化学腐蚀性等性质进行了研究，考察了粘结剂、炭化终温对炭膜性质的影响。实验结果表明，以甲基纤维素为粘结剂制得的炭膜强度要优于聚乙烯醇；在800℃~1400℃炭化终温条件下，制得的炭膜平均孔径、孔隙率、纯水通量随着温度的升高有增大的趋势。 以自制的炭膜为电极，在自行设计的电催化膜反应器中处理模拟苯酚废水，综合考察了电流密度、初始苯酚浓度、支持电解质浓度、初始pH值等条件对苯酚和COD去除率的影响。实验结果表明：在一定的操作条件下，电流密度范围为0~3.5 mA/cm2时，苯酚的去除率随电流密度的增大而增加，酸性条件更有利于苯酚的降解，在pH值为2.13条件下，苯酚去除率最高能达到90.8%，而支持电解质浓度对苯酚的去除率影响不大。以不同炭化终温的炭膜为电极电催化降解苯酚，发现在800℃~1400℃范围，随着炭化终温的提高苯酚去除率下降。 针对炭膜在一定电流强度下容易被腐蚀的缺陷，对炭膜进行了表面改性。经氧化钽溶胶表面改性后炭膜的耐电化学腐蚀性有所提高。在相同实验条件下，改性炭膜电催化降解苯酚的活性要高于未改性炭膜，苯酚去除率和矿化率明显提高。在料液体积空速95.1 h-1，苯酚初始浓度C0=100 mg/L，电解质浓度0.1 g/L，水样pH=7，电流密度为0.7 mA/cm2的实验条件下，炭膜经氧化钽改性后，平均苯酚去除率由原来的61.32%提高到95.08%，平均COD去除率由11.81%提高到68.42%。