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微波诱导催化氧化降解染料废水的研究

汪春燕  
【摘要】:针对染料废水排放量大、有机物含量高、色度深、难降解、处理耗资大等情况,以阳离子偶氮染料酸性红B和阳离子碱性品红为目标污染物,以改性颗粒活性炭为载体,制备金属离子负载型催化剂,采用批式实验,研究了其微波诱导催化氧化降解的特征及规律。通过条件试验、正交试验、对比试验、重复试验和动力学试验分别探讨了催化剂载体制备条件、催化剂种类选取,两种染料的最佳处理实验条件、动力学特性以及反应体系中ORP变化规律等。 通过催化剂表征试验得出:载体微波改性条件对载体表面官能团的种类影响不大,对总含氧官能团所占比例影响较大,载体比表面积越大越有利于染料的降解。载体预处理条件对染料降解影响不大,催化剂的种类对染料降解影响较大。通过单因素试验得出:对于酸性红B模拟染料废水,最佳处理条件为:初始pH值3、催化剂Fe~(3+)-Cu~(2+)/AC投加量1000mg/L、H_2O_2投加量101.1mg/L、微波功率300w,辐射5min后酸性红B的去除率超过99%。对于碱性品红模拟染料废水,最佳处理条件为:初始pH值2.5、催化剂投加量1000mg/L、H_2O_2投加量67.4mg/L、微波功率300w,辐射7min后碱性品红去除率超过94%。通过正交试验得出:影响酸性红B和碱性品红降解因素的主次顺序分别为:微波辐射时间微波功率过氧化氢投加量;微波功率微波辐射时间过氧化氢投加量。通过对比试验得出:微波诱导催化氧化降解水中染料效果最好。催化剂重复使用试验得出:催化剂使用10次后,对两种模拟染料废水的去除率仍超过90%。 体系微波辐射期间,溶液ORP与染料降解反应速率不存在对应关系,体系ORP不是影响染料降解反应速率的关键因素,非均相催化性质发挥着重要作用。体系微波辐射停止后,溶液ORP变化与染料降解反应速率存在对应关系,随着反应的进行染料浓度缓慢减少,ORP缓慢上升,染料的降解决定于溶液中的氧化性物质。“微波/催化剂/H_2O_2”体系降解酸性红B和碱性品红均符合一级动力学模型dC/dt=-k(C-C_e),反应速率常数分别为0.63min~(-1)和0.47min~(-1)。 本研究通过考察实验条件对反应过程的影响、不同反应体系对目标染料的降解及其动力学过程特点,认识和揭示了微波诱导催化氧化降解水中酸性红B和碱性品红的规律,为解决印染废水处理中催化剂回收、二次污染问题以及高效经济处理印染废水提供技术支持和参考。


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