EDTA功能化硅胶材料协同去除废水中的苯酚和Cr(Ⅵ)

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苯酚作为有机污染物的代表,其工业废水涉及众多工业领域。但在油漆、油墨、皮革、纺织等工业领域的苯酚废水中还存在致癌物Cr(Ⅵ),目前常采用以经典Fenton反应为基础的方法处理此类废水。这些处理方法具有试剂经济易获得、场地要求低等优点,同时存在一些局限性:(1)在高p H条件下,Fenton试剂中的铁离子会产生沉淀,导致反应受阻,使得目标污染物的处理效果大打折扣;(2)虽然金属Cr(Ⅵ)被还原,但低价金属Cr仍存在于废水中。为解决上述问题,本研究以自制的乙二胺四乙酸(EDTA)功能化硅胶为原料,将改良Fenton和吸附法结合高效去除废水中苯酚和Cr(Ⅵ)。本研究制备了EDTA-Silica和EDTA-Fe2+-Silica两种不同形式的改性硅胶,并对其进行了表征。研究了以改性硅胶为基础材料,将经典Fenton反应进行改良并用于苯酚有机污染物的去除,证明了与IDA-Silica、Asp-Silica、Glu-Silica、IDS-Silica相比,EDTA功能化硅胶具有更强Fenton反应催化特性,可有效扩大反应的p H应用范围。同时,利用EDTA的强螯合性也可以有效地去除多余的Fenton试剂,此过程中改性材料有良好的重复利用性能。本研究成功对经典Fenton反应进行了改良,证实羟基自由基是改良Fenton反应的主要活性物质,为有机污染物的去除提供了更高效的方法以及理论基础。考虑到苯酚工业废水中存在强氧化性的剧毒Cr(Ⅵ),为探究改性材料对Cr(Ⅵ)的吸附性能,进行了一系列吸附实验,得到了最佳吸附条件,并对改性材料在吸附过程中的吸附选择性能以及可重复利用性能进行评价。此研究证实了EDTA-Silica的强金属螯合性,为苯酚-Cr(Ⅵ)双组分体系的去除奠定理论基础。理论上推断强氧化性Cr(Ⅵ)的存在可能会对苯酚去除有所影响,因此后续以改性硅胶为基础材料,将改良Fenton和吸附法结合,重点研究了其对苯酚-Cr(Ⅵ)双组分的去除效果。研究不仅得到了工艺处理双组分体系的最佳条件,还证实苯酚与Cr(Ⅵ)之间存在正向协同作用(Cr(Ⅵ)的加入有利于苯酚的去除),且氧化还原反应前后的总Cr(Ⅵ)以及Fenton试剂中的金属Fe均能被材料有效吸附。结果表明,该材料具有催化和吸附金属离子的性能,可有效去除双组分体系中的苯酚和金属Cr,双组分模拟液处理后残留金属离子的含量可满足国家排放要求,除此之外,改性材料在此工艺中表现出优异的稳定性以及可重复使用性能。本工作利用EDTA功能化硅胶的强金属螯合性能使其作为催化剂对经典Fenton进行了改良,为有机污染物的去除提供了新思路。通过利用EDTA功能化硅胶作为吸附剂,为重金属离子的去除提供新的材料;此外利用EDTA功能化硅胶,将改良Fenton和吸附法结合,为苯酚和Cr(Ⅵ)复杂废水协同去除提出了新的联合工艺。本研究中制备的改性材料和提出的创新性工艺具有一定的工业应用价值。
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