[[alternative]]Mechanism of electrochemical oxidation process in dye degradation

碩士[[abstract]]在本研究中試圖驗證三途徑，理論中認為電化學氧化程序降解溶液中的染料，是透過:主要氧化劑、次要氧化劑與極板氧化。此次研究裡採用了蒽醌與偶氮等多種不同溶解度之染料，並比較直接法與間接法電化學氧化程序中使用硫酸鈉與氯化鈉電解質及二氧化釕與石墨板做為陽極之差異。直接法與間接法電氧化程序裡可以分析出有無極板直接氧化的差異，而比較結果中可以了解含有電氧化三圖徑的直接法比不含有極板氧化作用的間接法電氧化程序更加有降解能力。而在電化學氧化程序裡使用氯化鈉與硫酸鈉電解質可以比較出有無主要氧化劑次氯酸根的差異，由比較結果可以了解在電氧化程序裡採用氯化鈉做為電解質在去色降解的能力會比採用硫酸鈉的條件來的好，這是由於在電氧化程序中以硫酸鈉做為電解質並不能產生主要氧化劑。但在次要氧化劑的部分如:臭氧及氫氧自由基，因為其存在時間短且含量少因此難以偵測。[[abstract]]This study tries to confirm a three pathways, namely the primary oxidant, the second oxidants and the electrode oxidation, theory of electrochemical oxidation process in the degradation of dye solution. The electrochemical oxidation for degradation of various dyes including azo and anthranquinone dyes with different solubility were tested in this study. The experiments of direct and indirect of electrochemical oxidation with NaCl and Na2SO4 as electrolyte and RuO2 and graphite as electrode were performed and compared. The comparison of direct and indirect dye electrochemical oxidation is to evaluate the cases with and without electrode oxidation. The comparison confirms that oxidation with three pathways in the direct electrochemical oxidation is more efficient than that of indirect process without electrode oxidation. The comparison of dye electrochemical oxidation by using NaCl and Na2SO4 as electrolytes is to evaluate the cases with primary oxidant OCl- and without primary oxidant. The comparison confirms oxidation with primary oxidant OCl- in the electrochemical oxidation with NaCl as electrolyte is more efficient than that with Na2SO4 as electrolyte without primary oxidant. Since the secondary oxidant such as O3 or OH radicals OH- exists in a short period and their concentrations are usually unknown or are difficult to measured, this pathway was only qualitatively observed in this study.[[tableofcontents]]目錄 目錄 I 圖目錄 III 表目錄 VI 第一章 研究源起 1 1.1研究背景及目的 1 1.1.1研究背景 1 1.1.2研究目的 2 1.1.3研究內容 2 第二章 文獻回顧 3 2.1染整廢水特性 3 2.1.1染料介紹 3 2.1.2染整廢水特性 3 2.1.3染料分類 4 2.1.4染料結構 5 2.2染整廢水處理方式 7 2.3電化學氧化法之機制 7 2.3.1電化學法原理 7 2.3.2電氧化三途徑理論 8 2.3.3影響電化學氧化程序因素 11 2.3.4電化學法處理染整廢水 12 2.4電化學法氧化法之電解質選用 20 2.4.1硫酸鈉（Sodium Sulfate） 20 2.4.2氯化鈉（Sodium Chloride） 20 2.4.3其他 21 2.4.4電解質之比較 22 2.5電化學法氧化法之極板選用 22 2.5.1二氧化釕板 22 2.5.2石墨板 23 2.5.3極板之比較 23 第三章 實驗材料與方法 24 3.1實驗材料 24 3.1.1染料廢水製備 24 3.1.2染料 24 3.1.3電解質 28 3.1.4極板 30 3.2實驗設備 31 3.3實驗方法流程 35 3.4分析方法 39 第四章 結果與討論 41 4.1實驗條件之確定 41 4.1.1導電度 41 4.1.2氧化還原電位 42 4.1.3主要氧化劑確認 43 4.2電化學氧化三途徑分析 44 4.3電解質差異影響 45 4.4電解質濃度與電壓對極板直接氧化之影響 52 4.5極板差異對極板直接氧化影響 53 4.6染料溶解度差異對極板直接氧化去色影響 56 4.7極板差異對氧化劑產生量之分析 59 第五章 結論與建議 64 5.1結論 64 5.2建議 65 參考文獻 66 圖目錄 圖2-1偶氮結構 6 圖2-2蒽醌結構 6 圖2-3不同pH值Cl2/HOCl/OCl-之物種分佈 11 圖2-4 ARS去色全波長掃描 13 圖2-5分散性染料電氧化去色比較 14 圖2-6反應性染料去色比較 14 圖2-7以硫酸鈉為基礎添加不同濃度氯化鈉之電氧化降解比較RR-195色度降解 16 圖2-8以硫酸鈉為基礎添加不同濃度氯化鈉之電氧化降解RR195的TOC比較 16 圖2-9不同條件下對於RB-19之去色 17 圖2-10實場廢水（AE）與合成廢水（SE）去色比較 18 圖2-11相同條件下不同極板之去色比較圖 19 圖3-1 RB-19染料化學結構 24 圖3-2 AB-40染料化學結構 25 圖3-3 DB-79染料化學結構 26 圖3-4 DR-60染料化學結構 26 圖3-5 ARS染料化學結構 27 圖3-6 DR-81染料化學結構 28 圖3-7氯化鈉 28 圖3-8硫酸鈉 29 圖3-9二氧化釕板 30 圖3-10石墨板 30 圖3-11鈦板 31 圖3-12反應槽（俯視） 31 圖3-13反應槽（側視） 32 圖3-14電源供應器 32 圖3-15三用電表 33 圖3-16氧化還原電位計與酸鹼計 33 圖3-17導電度計 34 圖3-18分光光度儀 34 圖3-19電子秤 35 圖3-20直接法實驗流程圖 35 圖3-21間接法實驗流程圖 38 圖4-1電解氯化鈉與硫酸鈉水溶液導電度變化 41 圖4-2電解硫酸鈉與氯化鈉之氧化還原電位 42 圖4-3電解氯化鈉水溶液pH變化 43 圖4-4直接法電解氯化鈉、間接法電解氯化鈉及直接法電解硫酸鈉對RB-19染料去色比較圖 44 圖4-5直接法電解氯化鈉、間接法電解氯化鈉及直接法電解硫酸鈉對DR-60染料去色比較圖 45 圖4-6不同電解質對RB-19之去色度比較 46 圖4-7電氧化含氯化鈉與染料之混合液之去色度 47 圖4-8電氧化含硫酸鈉與染料之混合液之去色度 48 圖4-9本研究與Fernandes去色比較圖 49 圖4-10 ARS染料採用氯化鈉電解質之去色圖 50 圖4-11本研究與Mohamed ARS去色比較圖 51 圖4-12電壓差異對極板直接去色染料之影響 52 圖4-13電解質濃度差異對極板直接去色染料之影響 53 圖4-14不同極板對極板直接對RB-19染料去色影響 54 圖4-15不同極板對極板直接對DR-81染料去色影響 54 圖4-16不同極板對極板直接對AB-40染料去色影響 55 圖4-17不同極板對極板直接對DR-60染料去色影響 55 圖4-18不同極板對極板直接對DB-79染料去色影響 56 圖4-19染料溶解度對二氧化釕極板去色差異影響比較 57 圖4-20染料溶解度對石墨極板去色差異影響比較 57 圖4-21本研究與Szpyrkowicz去色比較圖 59 圖4-22極板差異對氧化劑產生量及RB-19染料去色影響 60 圖4-23極板差異對氧化劑產生量及DR-81染料去色影響 60 圖4-24極板差異對氧化劑產生量及AB-40染料去色影響 61 圖4-25極板差異對氧化劑產生量及DB-79染料去色影響 61 圖4-26極板差異對氧化劑產生量及DR-60染料去色影響 62 圖4-27本研究與Sanroman不同極板差異之去色比較圖 63 表目錄 表1不同電解質對染料之COD與色度去除 13 表2各種電解質比較 22 表3極板之比較 23[[note]]學號: 699480611, 學年度: 10