稀土改性釕催化劑處理可生物降解廢水
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會的進(jìn)步，我們的生活環(huán)境受到了污染和破壞。目前，中國的“水環(huán)境”存在兩大問題:一是水資源短缺，現(xiàn)已是世界上人均水資源相對短缺的國家之一；另一個是水污染嚴(yán)重，工業(yè)廢水占污水總量的70%以上。隨著一系列政策法規(guī)的出臺，這一現(xiàn)象得到一定程度的遏制，部分環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)得到明顯改善。然而，目前全國地表水污染仍不容樂觀，可生物降解的有機(jī)廢水是主要污染源，這也是國內(nèi)外環(huán)保領(lǐng)域有機(jī)廢水污染控制研究的難題之一。
目前廢水中有機(jī)污染物的處理技術(shù)主要有:1)生物技術(shù)，2)物理化學(xué)技術(shù)(如共沉淀、吸附、萃取等。)，3)化學(xué)氧化技術(shù)(如臭氧氧化、氯化、焚燒等。催化氧化技術(shù)(如電催化、濕式催化氧化和光催化等)。).
生物是目前主要的處理技術(shù)。它具有方法快捷、投資少、見效快、無需額外能源供應(yīng)、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。但廢水處理中有機(jī)物濃度不宜過高，處理范圍有限。特別地，廢水包含生物毒性酚、醛或可生物降解的大分子或大分子化合物。采用化學(xué)氧化法，對廢水中有害物質(zhì)的去除率低，運(yùn)行成本高，且殘留氧化劑容易造成二次污染。芬頓法是一種常用的化學(xué)氧化法，在反應(yīng)體系中加入可溶性催化劑，引發(fā)H2O2的自由基反應(yīng)，不斷再生，降解水中的有機(jī)物。比如Fe2+和H2O2按照一定的摩爾比混合，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基來降解水中的有機(jī)物。但芬頓法勞動強(qiáng)度大，處理成本高，污泥量大，易返色，對設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，反應(yīng)條件相對較高。多相催化氧化是近年來有機(jī)廢水催化的一個新技術(shù)領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的Fenton體系相比，加入少量或不加入雙氧水、硫酸亞鐵等化學(xué)物質(zhì)，具有反應(yīng)條件溫和、成本低、效果好、無二次污染、管理難度低、停留時間短等優(yōu)點(diǎn)。
催化劑的活性組分為過渡金屬鐵、鎳、鈷、錳、銅、鉬等。載體為γ-Al2O3和活性炭等。，一般可以在常溫常壓下進(jìn)行。由于其特殊的化學(xué)性質(zhì)，貴金屬也被用于生物可降解廢水的處理。Ru作為催化劑的活性組分具有良好的催化效果，但在使用過程中存在催化劑隨水流動、催化劑活性組分流失等問題。
本文對釕基催化劑用于處理低濃度可生物降解有機(jī)廢水進(jìn)行了研究。以稀土改性的整體式蜂窩狀椰殼活性炭為催化劑載體，通過浸漬活性組分制備高性能催化劑。本文的創(chuàng)新之處在于首次采用蜂窩狀整體碳作為載體，有效地解決了催化劑在應(yīng)用過程中隨水流動的問題。其次，采用稀土材料對整體式載體進(jìn)行改性，充分利用了稀土材料的儲氧性能，蜂窩載體內(nèi)壁接觸表面積大，可以大大提高催化反應(yīng)效率，具有優(yōu)異的催化效果。而且在使用過程中，催化劑的活性組分溶出少，穩(wěn)定性好，使用壽命長。
第一，實(shí)驗(yàn)部分
1.1試劑和儀器
試劑:蜂巢椰殼活性炭、硝酸肺、硝酸鐵、硝酸銅、硫酸、硫酸亞鐵鞍、硫酸亞鐵、雙氧水、硝酸甲液、重鉻酸鉀、硫酸銀、硫酸汞、鄰菲羅啉。所有都是分析純的。
儀器:分析天平、磁力攪拌器、真空干燥箱、馬弗爐、pH計(jì)、掃描電鏡、催化劑評價裝置、水質(zhì)比色計(jì)、原子發(fā)射光譜儀。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
準(zhǔn)確稱取一定量的硝酸肺，加水使其溶解，得到浸漬液，將活性炭載體浸入浸漬液中，室溫下緩慢攪拌24h，吸附后用去離子水清洗活性炭表面，干燥，焙燒，活化，得到稀土改性的一體化蜂窩狀炭載體，然后稱取一定量的硝酸鐵、硝酸銅等金屬硝酸鹽，用移液管量取一定量的硝酸甲溶液，加入適量去離子水使其溶解。將稀土改性的碳載體浸入其中，室溫下緩慢攪拌24h，吸附完成后再次用去離子水清洗載體表面，然后在80C下干燥，在300 & # 12316；實(shí)驗(yàn)催化劑通過在50℃下煅燒和活化來制備..
催化劑性能評價裝置采用自制的催化劑評價系統(tǒng)。主要設(shè)備是由不銹鋼制成的方形圓筒，有效容積為3L。底部分別設(shè)有進(jìn)水口和進(jìn)氣口。進(jìn)氣口裝有曝氣頭，催化劑安裝在里面。實(shí)驗(yàn)廢水和臭氧分別從底部注入。廢水在裝置中催化氧化后從頂部流出，在一定時間內(nèi)取樣分析。
實(shí)驗(yàn)主要考察了出水的色度和COD，其中色度采用水比色計(jì)鉑鈷比色法進(jìn)行分析，COD參照水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定采用重溴酸鹽法(GB/T11914-89)進(jìn)行測定。
二。結(jié)果和討論
2.1催化劑表征
表征了催化劑的形態(tài)，SEM結(jié)果顯示在圖1中。
從圖1(a)可以看出，活性組分均勻地分散在載體表面上，沒有嚴(yán)重的團(tuán)聚。根據(jù)催化劑部分的放大觀察，如圖1(b)所示，可以看出催化劑表面活性組分形成的化合物是焙燒過程中不同硝酸鹽形成的氧化物。活性組分顆粒分散均勻，無明顯團(tuán)聚。
2.2催化劑對印染廢水處理的影響
首先，考察了制備的催化劑對印染廢水生化處理的催化氧化效果。根據(jù)浙江杭州某污水處理廠廢水，原水色度160左右，COD 100 & # 12316；實(shí)驗(yàn)中用硫酸調(diào)節(jié)廢水的pH值，雙氧水的加入量為0.05%，廢水在評價裝置中的停留時間為20-30分鐘。每隔30分鐘對出水進(jìn)行取樣分析，連續(xù)取樣6組。色度和COD值如圖2所示，其中0號樣品表示原水的質(zhì)量。
從圖2可以看出，進(jìn)水色度為158，COD為124 mg/L，經(jīng)過催化氧化處理后，色度降至20左右，COD降至50mg/L以下，達(dá)到國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)采樣分析結(jié)果比較穩(wěn)定。
2.3催化劑對煙草行業(yè)廢水處理的影響
對云南昆明某煙草加工廠的煙草廢水進(jìn)行了處理。原水色度約為500，COD為120-180mg/L，實(shí)驗(yàn)中用硫酸調(diào)節(jié)廢水的pH，雙氧水的加入量為0.05%，廢水在評價裝置中的停留時間為30 & # 12316；40分鐘，每30分鐘一次。連續(xù)取六組樣品。色度和COD值如圖3所示，其中0號樣品表示原水水質(zhì)。
從圖3可以看出，原水色度為496，COD為156 mg/L，經(jīng)過催化氧化后，廢水色度降低到20左右，COD在50 mg/L以下，色度去除率在95%以上，COD去除率在76%左右。出水水質(zhì)達(dá)到國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。通過觀察廢水反應(yīng)前后水樣的對比，可以看出處理前后廢水的顏色發(fā)生了明顯的變化，水樣由深棕色變?yōu)榍宄骸?/p>
2.4催化劑的壽命驗(yàn)證
以煙草工業(yè)廢水為實(shí)驗(yàn)對象，驗(yàn)證了催化劑的使用壽命。每處理100L水取樣，分析出水色度和COD。獲得的數(shù)據(jù)如表1所示。
從表1的數(shù)據(jù)可以看出，連續(xù)處理700L水樣。在催化氧化實(shí)驗(yàn)中，催化劑對色度和COD的處理效果相對穩(wěn)定，催化劑無明顯失活。
2.5金屬溶解分析
測定了催化氧化處理后水樣中金屬元素的含量，結(jié)果表明活性組分ρ (Ru)
結(jié)果表明，在此反應(yīng)條件下，催化劑中的活性組分沒有出現(xiàn)明顯的溶解現(xiàn)象，水中Ru、Fe、Cu等金屬含量均小于0.0005g/L，表明催化劑在此反應(yīng)條件下具有良好的穩(wěn)定性。
2.6催化機(jī)理分析
對于金屬氧化催化劑，相關(guān)反應(yīng)機(jī)理可認(rèn)為是:有機(jī)物化學(xué)吸附在催化劑表面形成親核物種，臭氧或光自由基與之反應(yīng)，形成的中間產(chǎn)物在催化劑表面進(jìn)一步氧化，或從催化劑表面脫附進(jìn)入水中被氧化。催化劑上的金屬位能催化臭氧分解產(chǎn)生赭色自由基，羥基自由基具有強(qiáng)氧化性。它可以選擇性氧化水中的有機(jī)污染物。臭氧還可以選擇性氧化一些有機(jī)物或有機(jī)物中的官能團(tuán)。如果與有機(jī)物中的發(fā)色基團(tuán)氧化，會破壞它們的結(jié)構(gòu)，從而降低廢水的色度。
三。結(jié)論
所制備的稀土改性釕催化劑在催化氧化處理COD低于500mg/L的廢水時表現(xiàn)出良好的處理效果。常溫常壓下反應(yīng)20-40min，出水色度去除率可達(dá)95%左右，COD可降至50mg/L以下，達(dá)到國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。而且催化劑在反應(yīng)過程中活性組分沒有明顯的溶出，其穩(wěn)定性和壽命大大提高，滿足了下一步的應(yīng)用。(來源:云南貴金利新材料控股集團(tuán)有限公司、稀貴金屬綜合利用新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、南中煙草再生煙草有限公司)
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