活性炭负载铁锰氧化物活化过一硫酸盐降解橙黄Ⅱ染料废水研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:fengrui0216
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染料废水中有机物含量高、可生化性较差且毒性较强,未经处理或处理不彻底都会对食品和水体造成严重污染,给人类的生存和健康造成威胁。染料废水中大多数偶氮染料在经过光辐射或人体某些酶的作用之后,会形成一些致癌的芳香胺化合物,较难被降解去除,因此开发经济高效的染料废水降解技术意义重大。活化过硫酸盐高级氧化技术在有机染料降解方面具有强氧化性以及高效性等优势,在科学研究及实际应用中越来越备受关注。本文依据染料废水常用去除技术以及过硫酸盐活化技术研究进展,结合铁锰氧化物和活性炭的催化活化作用,以及活性炭作为一种廉价易得的碳质材料常用作吸附材料和载体基质的优异特性,采用共沉淀法合成出制备流程简单、可分离回收且重复利用率较高的非均相过一硫酸盐(PMS)活化剂活性炭负载铁锰氧化物(AC/MnFe2O4),并将其用于偶氮染料橙黄II的降解研究。实验对AC/MnFe2O4制备参数进行优化,探究其活化PMS对橙黄II的降解性能和较优反应条件,并对橙黄II的降解机理以及材料的微观表面形貌、物相结构和结构稳定性进行综合评价。主要结论如下:(1)AC/MnFe2O4的较优制备参数(合成时固定FeCl3·6H2O投加量为9.25mM):N2保护、水浴合成温度为90℃、合成混合液pH值为9、活性炭投加量为5 g/L、铁锰摩尔质量配比为2:1、合成搅拌时间为30 min。(2)AC/MnFe2O4对PMS的催化活化能力优于过二硫酸盐(PS)和H2O2,材料中AC与MnFe2O4协同促进对PMS的活化效果。橙黄II(100 mg/L)降解实验中AC/MnFe2O4的较优投加量为0.9 g/L,较优PMS浓度为2 mM;反应体系对反应液初始pH适应范围较广,pH值为11时由于强碱性条件和AC/MnFe2O4的共同活化作用,降解速率较快,反应2 min时去除率可达97%;温度和常见共存物质对橙黄II降解效果影响较小。研究发现,反应体系对多种染料均具有较好的降解能力,降解速率由快至慢依次为:甲基橙>孔雀石绿>橙黄II>刚果红>亚甲基蓝>罗丹明B。(3)AC/MnFe2O4活化PMS对橙黄II降解过程符合准一级反应动力学模型。降解机理为:在反应液原始pH为3-9条件下,活化过程中生成大量1O2以及束缚在材料表面的SO4-·和·OH对橙黄II进行降解;在反应液原始pH为11的强碱条件下,生成大量O2-·以及束缚在材料表面的SO4-·和·OH对橙黄II进行降解;降解过程中伴随着氧化还原电对Fe(III)/Fe(II)和Mn(II)/Mn(III)的循环转化,橙黄II的发色基团被迅速破坏,分子结构中的萘环和苯环共轭体系被破坏,最终被降解为比较稳定且不易被继续降解的有机物、CO2和H2O。(4)AC/MnFe2O4的SEM、TEM、BET、XRD和XPS表征可知,铁锰氧化物成功负载在活性炭表面,材料的主要组成物质为SiO2和MnFe2O4,且相较于AC而言,AC/MnFe2O4比表面积扩大约11倍,孔结构多为微孔与介孔,AC/MnFe2O4拥有较大的比表面积和多孔结构,可提供更多的活化位点。(5)AC/MnFe2O4反应前后的表面形貌和物相结构基本未发生变化,经过6次循环利用后活化PMS对橙黄II的降解效率和去除率并未下降,去除率均可达99.3%;重复利用后反应溶液中的Fe和Mn浓度可被忽略,AC/MnFe2O4具有较强的结构稳定性。本研究探索出一种成本较低、简单高效的模拟橙黄II染料废水处理方法,避免了传统Fenton氧化降解反应体系中存在的问题,并对其活化降解机理进行初步分析,为过硫酸盐活化技术的理论发展提供一定的实验支持,同时为其工业化应用提供一定的理论参考,为推动印染废水处理技术的发展做出微弱的贡献。
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