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    科研進展

    新疆理化所在回收鋁罐電極材料用于電絮凝(EC)技術分離乳化油廢水的研究取得進展

    發布時間:2022-10-24

    人們為處理石油和天然氣等各行業的含油廢水做出了許多努力,但是過去常用的一系列方法,例如;重力分離法、吸附法、膜分離法、化學混凝法、氣浮法、氧化法、生物降解等,在有效處理含油廢水方面都面臨一些不同的挑戰。因此,近年來越來越多研究人員開始把目光投向了電化學技術。電絮凝(EC)工藝由于其設施簡單、污泥產生量少、設備占地面積小、成本相對較低等優點被認為是一種有前途的、可持續的廢水處理技術。前期研究表明,EC中使用的電極材料類型被認為是影響EC過程性能和運行成本的最關鍵因素之一。因此,在選擇合適的電極材料來處理含油廢水時,必須考慮到材料成本、能源消耗和目標污染物以及其他操作參數等實驗因素。然而,常規電極如,鐵板,鋁板、不銹鋼板不僅是一種能源密集型,而且增加了EC工藝的運行成本。在過去的幾十年里,生產生活中形成了大量的金屬廢料(如金屬碎屑、銼刀、刨花、廢舊鋁飲料罐等),這些廢料積累而沒有合理的回收遭到貶值,同時對環境安全和人類健康構成嚴重威脅。近年來,廢料的回收熔化和重鑄不僅污染了環境,還造成了大量的能源損失。為了環境友好地消除污染物,在EC過程中如果能合理使用回收的金屬廢物作為電極材料不但可以降低EC技術的工藝成本,而且減少相應的能源消耗。

    基于此中國科學院新疆理化所分離材料與技術團隊利用回收的鋁制易拉罐開發了用于電絮凝(EC)工藝分離水包油乳液的一種新穎的,廉價的電極以替代傳統的板式或管式電極材料,有效解決了電極使用過程中電極消耗快,導致運行成本較高的實際性問題。在這項工作中,研究人員將回收的鋁飲料罐中填充了鋼絲球作為陽極,圓柱形的商用不銹鋼網(304)作為陰極。通過使用基于響應面法(RSM)的Box-Behnken DesignBBD)實驗設計模型,系統性地研究了電化學過程中重要的工藝參數(如,工作電壓、電凝時間、攪拌速率和NaCl濃度)對電化學過程有效性(COD去除率)的交互影響。RSM分析結果表明,在工作電壓(15V)、電凝時間(10mins)、攪拌速度(250rpm)和NaCl濃度(1g/L)的最佳條件下,COD去除率可以高達93.53%。此外,還進行了能源消耗分析,該工藝實現了0.160 kwh/kg COD的低能耗。同時,在最佳條件反應后借助ATR-FTIR光譜、掃描電子顯微鏡(SEM)、能量色散X射線光譜(EDS)和X射線衍射儀(XRD)分析,描述了陽極和EC過程產生的絮體特征。結果表明,電化學反應器中形成的污泥含有氯化鈉和氫氧化物聚合物,具有顯著的粗糙度和豐富的網絡結構,這有利于提高絮凝體對污染物的吸附能力。該研究國際上首次報道了回收鋁罐-鋼絲球組合電極(陽極)用于電絮凝工藝處理含油廢水的可行性,將有助于實現EC技術的工業應用、城市綠色發展、以及廢物和廢水的可持續管理和回用。

    研究成果近期發表在國際期刊《清潔生產雜志》(Journal of Cleaner Production)上 (J. Clean. Prod  2022, 379, 134693),新疆理化所分離材料與技術研究團隊的阿卜杜克熱木·喀迪爾助理研究員和聯合培養研究生宋東升為共同第一作者,團隊負責人馬鵬程研究員和新疆農業大學謝海燕副教授為共同通訊作者。該項研究工作得到中國科學院特別研究助理項目以及新疆維吾爾自治區科技廳上海合作組織科技合作計劃和國際科技合作計劃等項目的資助。

    論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134693

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