活性炭负载金属氧化物催化臭氧化降解有机废水

摘要

随着经济的发展，水污染变得越来越严重，在近年来己开始引起人们的广泛重视。其中，印染废水因其水量大、水质波动大、污染物组分复杂等特点，成为国内外难处理的工业废水之一，其处理技术得到了国内外水处理工作者的充分重视和广泛研究，研究开发应用于大规模水处理中的新型水处理工艺，有效去除水中的难降解有机物，己成为当务之急。
　　 以苯酚废水为模拟污染物，采用Fe、Mn、Cu、Ni等过渡金属的氧化物为催化剂，用活性炭作为载体，非均相臭氧催化氧化处理有机废水，利用这种方法开发高效低成本无有害副产物生成的臭氧有机废水处理系统。研究了单独通O3、O3+AC、O3+Fe/AC(活性炭负载Fe2O3)催化氧化技术对苯酚的降解效果。考察了臭氧浓度、反应时间、反应温度、废水的初始pH值和初始COD等因素的影响。结果表明：对于CODCr为1000mg/L的苯酚溶液，反应时间为40min，其降解效果分别为18％、26％、93％。在所考察的影响因素中，溶液的初始pH值对催化臭氧化的影响较大，在pH值为9时，COD的去除率最大。
　　 本文选择Fe氧化物作为催化剂活性组分，目的在于利用Fe的催化作用，加速臭氧生成·OH自由基，进一步提高它对水中有机物的氧化效率。Fe氧化物作为本实验废水的催化剂，不仅较易获得，而且成本较低。还考察了载体表面属性、类型、载体上活性组分种类，催化剂的负载量、焙烧温度等负载型非均相催化剂催化活性的影响。结果表明：制备Fe/AC催化剂的最佳焙烧温度和时间分别为650℃和3h；在其他条件相同时，小粒径载体制备的固体催化剂性能要好于大粒径载体。对于CODCr为1000mg/L的苯酚溶液，当pH值为9时，反应时间定为40min，Fe/AC用量与模拟废水的比为40g/L，臭氧浓度为10mg/L，COD去除率达到93％；在重复使用10次以后，COD的去除率仍可达72．4％，体现出较好的催化稳定性。采用GC-MS对降解的中间产物进行了检测，进行了机理的推测，即苯酚→苯二酚类及苯醌类化合物→醛酮类化合物→羧酸类化合物→CO2，H2O
　　 本文同时对特定印染废水进行了催化氧化处理研究，其中初始pH值对反应影响较大，结果表明：酸性条件比碱性条件效果好，当pH值为6时，COD的去除率最高。印染废水处理量为500 ml/次，催化剂用量20 g，初始pH值定为6、臭氧投加量为10 mg/L、反应60 min的反应条件下，起初3次，COD的去除率能达到77％以上，重复使用了12次，达到64％，体现了一定的催化效果，对成分复杂的实际废水效果比不上单一成分的模拟废水，可见影响催化作用的因素很多，需进一步深入研究，以期对今后可能的实际应用提供一定的指导和参考。