论文部分内容阅读
近年来,随着我国矿业的不断发展,选矿过程排放的废水对生环境态及生物安全产生了巨大威胁。苯胺黑药是金属硫化矿浮选过程中使用最为广泛和有效的捕收剂,矿物浮选后废水中残留有大量苯胺黑药,由于分子结构特性,苯胺黑药表现出难降解特性和一定生物毒性,常规处理方法难以实现废水的有效处理。本研究以颗粒活性炭为载体,制备负载型铁锰双金属非均相Fenton催化剂,催化Fenton降解水中苯胺黑药,考察并优化了催化剂制备工艺参数和降解反应相关影响因素,并对铁锰双金属催化剂催化Fenton降解苯胺黑药的反应机理进行探究,为选矿废水的处理及苯胺黑药的降解提供理论和实践指导。利用循环热解法制备铁锰双金属Fe/Mn-GAC非均相Fenton催化剂,采用响应面法对催化剂制备工艺参数进行优化,并对优化制备的Fe/Mn-GAC催化剂进行表征分析。催化剂制备过程中各参数影响程度的大小顺序为制备温度>铁锰比>>总离子浓度,响应面模型优化后铁锰比9.50,制备温度362.07℃,总离子浓度1.09 mol/L,回归模型预测得到苯胺黑药去除率为96.56%,经平行实验验证,实际值与模型预测值偏差仅为0.60%。对Fe/Mn-GAC催化剂进行SEM、XRD、BET、FT-IR、XPS表征分析,该催化剂属于介孔材料,平均孔径2.91 nm,比表面积100.5 m2/g,表面成功负载了铁锰双金属氧化物Fe3-xMnxO4,并检测到-OH含量明显增加,有助于提高催化剂活性。采用单因素分析方法考察了Fe/Mn-GAC催化Fenton降解苯胺黑药的效能。与Fe2+、Mn2+、GAC、nano-Fe3O4、Fe-GAC、Mn-GAC、Fe/Mn-GAC-1催化剂相比,Fe/Mn-GAC催化Fenton降解苯胺黑药的效能最高。单因素实验得出最佳反应条件为:初始p H值3.0,催化剂投加量10.0 g/L,H2O2浓度17.15 mmol/L,处理120 min后,TOC去除率为84.77%,催化剂重复使用5次后仍具有较高催化活性。基于H2O2催化分解和反应动力学分析了Fe/Mn-GAC催化Fenton降解苯胺黑药的反应机理。负载不同金属的催化剂对H2O2的催化分解能力不同,反应前后铁锰双金属Fe/Mn-GAC催化剂的XPS对比分析表明,H2O2的有效分解与催化活性组分Fe3-xMnxO4中的Fe（II）、Fe（III）、Mn（III）、Mn（IV）有关。自由基淬灭剂叔丁醇和对苯醌的加入显著抑制了苯胺黑药的降解,表明OH和·OOH/·O2-在苯胺黑药的降解过程中均发挥重要作用。不同反应阶段中剩余H2O2与·OH的定量分析表明,反应后期生成的·OH与溶液中H2O2的相关性较小,对自由基淬灭实验中的苯胺黑药降解动力学进行研究发现,·OH与·OOH/·O2-分别在降解反应的不同阶段占主导地位。