基于固態(tài)氧化劑的新型類(lèi)Fenton降解染料廢水研究.pdf

1、印染廢水來(lái)源廣泛、毒性高、COD含量高，對(duì)水體和人體造成嚴(yán)重傷害。高級(jí)氧化技術(shù)因能產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·OH)而被用于有機(jī)廢水的氧化降解中。Fenton技術(shù)作為高級(jí)氧化技術(shù)中的一種，主要成分為Fe2+和H2O2，其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和、設(shè)備及操作簡(jiǎn)單、處理費(fèi)用相對(duì)較低、適用范圍較廣，其缺點(diǎn)是最適pH范圍窄，僅為2～4。為了提高Fenton反應(yīng)在較寬pH范圍中的適用性，目前已有關(guān)于改進(jìn)Fenton法中催化劑的研究，使用負(fù)載型、鐵礦型、

2、修飾型、非鐵活性位型催化劑代替Fe2+。這些催化劑雖然可以有效拓寬Fenton反應(yīng)的pH值，但是大多數(shù)的制備方法復(fù)雜。為此，本文使用了制備方法簡(jiǎn)單且能拓寬Fenton反應(yīng)pH的過(guò)碳酸鈉(SPC)和碳酸根插層的層狀復(fù)合金屬氫氧化物(LDHs)負(fù)載型雙氧水(LDHs-H2O2)用作氧化劑，構(gòu)建了一種新型的類(lèi)Fenton體系，用于氧化降解亞甲基藍(lán)(MB)。取得的創(chuàng)新性成果與結(jié)論如下:
　　(1)使用改良的低溫結(jié)晶法制備了過(guò)碳酸鈉，并用以

3、構(gòu)建Fe2+/SPC類(lèi)Fenton體系。以亞甲基藍(lán)為目標(biāo)污染物，以濃度為衡量指標(biāo)，考察pH值、硫酸亞鐵用量、過(guò)碳酸鈉用量、溫度、亞甲基藍(lán)濃度對(duì)Fe2+/SPC體系降解亞甲基藍(lán)的影響。結(jié)果表明，使用Fe2+/SPC體系降解亞甲基藍(lán)時(shí)可以將pH范圍拓寬至2～10，亞甲基藍(lán)的去除率能達(dá)到97％以上;最佳SPC投加量和硫酸亞鐵投加量分別為0.30g·L-1和0.75g·L-1，此時(shí)亞甲基藍(lán)的去除率能達(dá)到99.6％，礦化率為64％;Fe2+/SP

4、C體系受溫度影響較小;亞甲基藍(lán)濃度的降低可以提高其去除率。
　　(2)通過(guò)對(duì)Fe2+/SPC體系中產(chǎn)生的起主要作用的活性物質(zhì)種類(lèi)及其濃度的檢測(cè)、總鐵離子與亞鐵離子濃度的測(cè)定以及考察在不同pH條件下體系中pH的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在Fe2+/SPC體系中，起主要作用的活性物質(zhì)是羥基自由基，反應(yīng)機(jī)制主要為羥基自由基的均相Fenton反應(yīng);該體系中pH的拓寬機(jī)制為:Fe2+消耗溶液中的OH-及反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的酸性中間產(chǎn)物使溶液的pH值降低，C

5、O32-/HCO3-的緩沖作用使pH維持恒定，在這三者的協(xié)同作用下將溶液的pH值降低至2～5，以此達(dá)到拓寬pH范圍的目的。
　　(3)通過(guò)考察亞甲基藍(lán)Fe2+/SPC體系中降解的反應(yīng)速率常數(shù)和活化能，發(fā)現(xiàn)亞甲基藍(lán)在Fe2+/SPC體系中的降解符合擬二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，反應(yīng)速率常數(shù)為64.50×10-3L·(mol·s)-1，反應(yīng)活化能為16.6kJ·mol-1。
　　(4)以碳酸根插層的層狀復(fù)合金屬氫氧化物與H2O2為原料采

6、用改良低溫結(jié)晶法制備LDHs-H2O2，并構(gòu)建Fe2+/LDHs-H2O2體系用于降解亞甲基藍(lán)。考察了pH值、硫酸亞鐵用量、LDHs-H2O2用量、溫度對(duì)Fe2+/LDHs-H2O2體系的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該體系能將反應(yīng)的初始pH拓寬至2～10，亞甲基藍(lán)在該體系中能高效降解，10min后，降解效率幾乎都能達(dá)到100％;pH的拓寬機(jī)制是Fe2+的沉淀、酸性中間產(chǎn)物和LDHs的表面堿性使pH值呈先下降后上升趨勢(shì);LDHs-H2O2和硫酸亞鐵的最

7、適投加量分別為0.50g·L-1和0.15g·L-1，此時(shí)亞甲基藍(lán)的去除率可以達(dá)到100％，礦化率為75.67％;溫度對(duì)該體系影響甚微。
　　(5)通過(guò)確定體系中的反應(yīng)構(gòu)成及體系中活性物質(zhì)的種類(lèi)及變化規(guī)律，并且測(cè)定體系中總鐵與亞鐵的濃度，以明確Fe2+/LDHs-H2O2體系中的反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明該體系的反應(yīng)機(jī)制是產(chǎn)生羥基自由基的非均相類(lèi)Fenton反應(yīng)。
　　(6)對(duì)亞甲基藍(lán)在Fe2+/LDHs-H2O2體系中降解的反應(yīng)速

8、率常數(shù)和活化能做了考察，發(fā)現(xiàn)亞甲基藍(lán)在Fe2+/LDHs-H2O2體系中前5min的降解符合擬二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，在最佳反應(yīng)條件下反應(yīng)速率常數(shù)為8.28×10-3L·(mol·s)-1;通過(guò)計(jì)算可得該體系反應(yīng)活化能為87.40kJ·mol-1。
　　(7)使用類(lèi)Fenton反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾出的LDHs與H2O2合成LDHs-H2O2，并用于構(gòu)建新的Fe2+/LDHs-H2O2體系降解亞甲基藍(lán)，結(jié)果表明，亞甲基藍(lán)的去除率可以達(dá)到75％