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Co/PMS体系降解染料废水

刘贝贝  
【摘要】:Co/PMS(钴/过一硫酸盐)法因效率高、速度快、二次污染少成为高新氧化技术领域的重要分支之一。其原理是Co/PMS体系产生高活性的SO_4~-降解水中有机污染物。基于均相Co~(2+)/PMS体系在对印染废水处理过程中,展示出非常快速的降解效果,控制最优实验条件1 min可反应完全,这种快速的降解过程给取样分析带来困难,特别是监测1 min以内的染料降解过程。本工作采用在线分光光度法监测瞬时Co~(2+)/PMS体系降解染料过程,并引入紫外光(UV)强化降解过程,以及阴阳离子对染料降解过程的影响。另外考虑到钴离子的引入带来的环境危害,制备含钴氧化铝小球净水剂,并于PMS耦合降解水中有机污染物。具体获得如下阶段性成果:均相Co~(2+)/PMS对罗丹明B和酸性黄G的降解影响研究中,染料罗丹明B在优选的条件下,[Co~(2+)]=2.5771×10~(-2) mmol/L,[PMS]=2.6026×10~(-1) mmol/L,pH=7,60s内染料降解率高达100%;偶氮染料酸性黄G在优选的条件下,[Co~(2+)]=1.7180×10~(-2) mmol/L,[PMS]=2.6026×10~(-1) mmol/L,pH=9,80s内染料废水的降解率为93.4%。对均相Co~(2+)/PMS体系进一步研究,采用紫外光助Co~(2+)/PMS体系催化氧化降解酸性红染料,在最优条件下,[Co~(2+)]=2.1475×10~(-2) mmol/L、[PMS]=2.2773×10~(-1) mmol/L、pH=7、T=298 K,反应在40 s内可以达到96.9%左右的去除率。另外,在紫外光助Co~(2+)/PMS降解酸性红6B的研究中,发现随着紫外光的强度的增加,染料的降解率先增加后降低。对照无UV照射条件下,充分反应后其去除率为89%;UV功率为18 W时,酸性红6B的去除率最大,高达91.3%。在对阴离子的影响实验研究中,根据共存阴离子对Co~(2+)/PMS体系降解罗丹明B,结果表明,Cl~-对罗丹明B的高级氧化法降解有双重作用。对于强酸盐所带的阴离子(SO_4~(2-))对染料罗丹明B的降解反应影响较小,对于弱酸盐所带的阴离子(HPO_4~(2-),CO_3~(2-))对罗丹明B的降解反应有一定的抑制作用。在对阳离子的影响实验研究中,根据阳离子M~(n+)+PMS体系降解染料罗丹明B的实验研究可知,Co~(2(10))是利用硫酸根自由基降解染料废水罗丹明B催化效果最好的催化剂。为了避免造成二次污染,非均相Co/PMS法的开发研究非常重要。采用机械涂层技术制备催化剂Co/Al_2O_3小球,推测钴涂层形成过程的演化模型,它包括成核,离散岛的形成和聚结,连续涂层的形成和剥落4个阶段。Al_2O_3小球表面钴负载量随着MCT旋转时间的增加,先增加后降低;其中通过MCT时间为20h时,钴的负载量最大,最佳MCT时间为20 h。催化剂Co/Al_2O_3小球降解基于过硫酸根自由基的染料废水降解,催化剂和氧化剂的最佳添加量为m(Co/Al_2O_3)=0.100 g,[PMS]=6.5066×10~(-1) mmol/L,降解率高达93.10%。另外,随着反应温度的增加,染料酸性黄G的降解率先增加后降低,但幅度较小。当反应温度为308 K时,染料酸性黄G的降解率达到最大值,高达95.65%。Co/Al_2O_3小球体系降解基于硫酸根自由基的酸性黄G染料废水的反应过程符合一级动力学。对于催化剂Co/Al_2O_3小球的重复利用,进行了5次重复使用,最终染料的降解率都不低,均高于76.65%,最高达93.43%。总体来说,钴负载Al_2O_3小球催化体系的重复使用的催化性能较强。


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