网络凹土载fe0h2o2光芬顿催化氧化酚废水研究(附件)
本文以苯酚废水为研究对象，以网络凹凸棒石粘土(IATP)为载体，使用还原剂硼氢化钠(NaBH4) ，通过液相合成法制备得到IATP负载零价铁(Fe0)。实验以Fe0/ H2O2光芬顿(Photo-Fenton)试剂和IATP负载Fe0/ H2O2 Photo-Fenton试剂对有机废水进行氧化降解实验的研究，以探究其反应操作的理想条件与各水平因素的影响程度。利用X-射线衍射分析(XRD）、扫描电镜分析（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析、Zeta电位分析等对所制备材料进行相关表征。基于前期对影响因素的认知，采用L16（44）的正交实验，以充分探究Fe0/H2O2 Photo-Fenton对于苯酚废水的氧化降解能力。最终确定Fe0/H2O2 Photo-Fenton和IATP负载Fe0/H2O2 Photo-Fenton试剂单因素实验的相关基准条件为H2O2的滴加量为8 mL，Fe0的添加量为0.4 g，反应的pH值设定为4，反应时间为40 min。单因素实验结果表明IATP负载Fe0/H2O2 Photo-Fenton反应比Fe0/H2O2 Photo-Fenton反应具有更高的有机物氧化降解能力和COD去除率，其最终苯酚氧化降解率与COD去除率均能够达到90%以上。同时，IATP负载Fe0/H2O2 Photo-Fenton反应相较于Fe0/H2O2 Photo-Fenton反应能够在较短时间内完成苯酚的氧化分解以及对于COD的去除。关键词 凹凸棒石粘土，纳米零价铁，光芬顿，苯酚废水
目 录
1 绪论 1
2 实验部分 3
2.1 实验仪器 3
2.2 实验药品 4
2.3IATP负载Fe0的制备 4
2.4材料表征 4
2.4.1场发射扫描电镜 (SEM) 5
2.4.2 X射线衍射(XRD)分析 5
2.4.3傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析 5
2.4.4 粒径分布 5
2.4.5 Zeta电位分析 5
2.5性能研究 6
2.5.1正交试验 6
2.5.2光照试验 6
2.5.3单因素试验 6
2.6分析方 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
法 7
2.6.1CODcr的测定 7
2.6.2挥发酚的测定 7
3 结果与讨论 9
3.1 材料表征结果 9
3.1.1场发射扫描电镜 (SEM)结果 9
3.1.2 X射线衍射(XRD)分析结果 10
3.1.3傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析结果 12
3.1.4 粒径分布结果 12
3.1.5 Zeta电位分析结果 13
3.2实验结果 14
3.2.1正交试验结果 15
3.2.2光照试验结果 15
3.2.3单因素试验结果 1
结 论 18
致 谢 19
1 引言
1.1 酚类化合物的危害及其来源
酚类化合物(phenolic compound)属极性、可离子化、弱酸性有机化合物，是一种原生质高毒物质，与细胞接触后，会使其蛋白质变性凝固，进而导致细胞失活。因此，其对一切生命体均有毒害及致死作用。酚类化合物作为重要的化工原料，广泛应用于石油化工、医药生产等诸多行业，是工业废水中常见的具有高毒性且难降解的有机污染物。由于酚类化合物较高的毒害性质以及较复杂广泛的来源，使其成为有机废水处理领域主要的研究物质之一。
1.2 含酚废水的治理技术
目前，物理法、化学法和生物法是针对于含酚废水处理的三类主流治理手段。其中，焚烧法、萃取法、蒸汽法、吸附法等是物理法中最主要的代表；生物法则包括活性污泥法、生物滤池法、接触氧化法等在内的多种以微生物氧化分解为主要手段的处理技术；化学法以化学试剂作为为主要技术手段，通过多种形式的化学反应方式，最终达到对于酚废水治理的目的，主要包括光化学氧化技术、离子交换技术以及化学试剂沉淀技术等。这其中以光化学催化氧化法为代表的高级氧化技术(简称AOPs)，因符合水环境综合治理的理念，并能够在稳定性、可靠性和安全性等方面做到最大限度的兼顾，因而在工业上被广泛应用于难降解有机废水的治理。
1.3 Fe0/H2O2 PhotoFenton试剂在有机废水处理中的优势
在当前水处理高级氧化技术中，PhotoFenton 试剂催化氧化法因其环境友好的特性，而广受青睐。并且PhotoFenton 试剂催化氧化法与其他的AOPs相比，具有操作过程简单、反应速度快、设备简便、费用合理等多重优点。
光照可促进Fenton试剂氧化反应中羟基自由基(OH)的产生[1]，从而提高降解速率。同时，光照条件会加速降解后生成的Fe3+转化为具有还原性Fe2+的效率，促进反应体系中Fenton试剂氧化降解反应的产生，从而有效地将有毒害性质的有机物降解成为无害的二氧化碳、水以及无机离子[2]。光照赋予了Fenton试剂更广泛的使用范围，在处理高浓度、难降解有毒有害废水方面具有更加明显的优势，PhotoFenton 试剂已成为目前水处理领域的研究热点[37]。王炜亮等[8]进行US/UV－Fenton处理高浓度罗丹明B特性研究时发现，在最优反应条件下，高浓度罗丹明B废水的可生化性(BOD/COD)由0.277提高到0.503。
经过不断发展，Fenton试剂已由最初单一的由Fe2+和H2O2组成的均相Fenton试剂发展出了包括均相与多相Fenton试剂在内的两大类别以及众多的组成方式。其中均相Fenton试剂能够在PH范围为2~7的反应条件下，对难降解有机物进行催化氧化处理，其对有机废水有较强的氧化降解能力，能够无选择的处理有机污染物。但由于均相Fenton试剂对PH值适应范围较窄，同时在反应过程中还原性的Fe2+会转换成Fe3+，从而导致起催化氧化作用的Fe2+的严重流失，并导致本已处理后的废水受到再次污染，同时Fe3+易形成氢氧化铁沉淀导致污泥含量增多[9]。因此为克服上述缺陷，多相Fenton试剂应运而生，其相较于均相Fenton试剂有更优越的处理效果，同时较好的减少了Fe2+的流失并在一定程度上拓宽了芬顿反应的pH范围。
零价纳米铁(ZVNI)因具有粒径小、比表面积大的优势，在非均相芬顿试剂的应用方面受到广泛关注。在此类非均相芬顿试剂反应体系中， Fe0在参与催化氧化反应的同时，还兼具还原污水中重金属污染物、利用Fe0自身溶蚀产生微小电位差对废水进行电解处理以及Fe2+氧化生成Fe3+絮凝吸附污水中悬浊污染物3种作用，Fe0还具有优良的经济性与广泛的适应性，因此在处理难降解有机废水方面前景广阔。Fe0组成的非均相Fenton试剂是利用Fe0在酸性溶液中缓慢溶蚀产生Fe2+，在反应系统中含有H2O2的条件下，会发生Fenton试剂氧化降解反应，从而达到对于废水中有机污染物全面的氧化降解解的目的[10]。研究者[1115]分别对均相与非均相Fenton试剂氧化反应体系降解有机污染物进行了研究，结果发现非均相Fenton试剂氧化反应体系与均相Fenton试剂氧化反应体系相比优势显著，在提高了氧化降解效果与速率的同时，克服了均相Fenton试剂氧化反应体系的诸多缺陷[1621]。
1.4 Fe0/H2O2 PhotoFenton试剂的缺陷
Fe0组成的非均相类Fenton试剂虽优势显著，但Fe0极易在催化氧化反应过程中出现团聚问题。此类现象的出现大大阻碍了光助类芬顿试剂催化氧化难降解有机污染物的处理效率[22]。
目 录
1 绪论 1
2 实验部分 3
2.1 实验仪器 3
2.2 实验药品 4
2.3IATP负载Fe0的制备 4
2.4材料表征 4
2.4.1场发射扫描电镜 (SEM) 5
2.4.2 X射线衍射(XRD)分析 5
2.4.3傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析 5
2.4.4 粒径分布 5
2.4.5 Zeta电位分析 5
2.5性能研究 6
2.5.1正交试验 6
2.5.2光照试验 6
2.5.3单因素试验 6
2.6分析方 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
法 7
2.6.1CODcr的测定 7
2.6.2挥发酚的测定 7
3 结果与讨论 9
3.1 材料表征结果 9
3.1.1场发射扫描电镜 (SEM)结果 9
3.1.2 X射线衍射(XRD)分析结果 10
3.1.3傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析结果 12
3.1.4 粒径分布结果 12
3.1.5 Zeta电位分析结果 13
3.2实验结果 14
3.2.1正交试验结果 15
3.2.2光照试验结果 15
3.2.3单因素试验结果 1
结 论 18
致 谢 19
1 引言
1.1 酚类化合物的危害及其来源
酚类化合物(phenolic compound)属极性、可离子化、弱酸性有机化合物，是一种原生质高毒物质，与细胞接触后，会使其蛋白质变性凝固，进而导致细胞失活。因此，其对一切生命体均有毒害及致死作用。酚类化合物作为重要的化工原料，广泛应用于石油化工、医药生产等诸多行业，是工业废水中常见的具有高毒性且难降解的有机污染物。由于酚类化合物较高的毒害性质以及较复杂广泛的来源，使其成为有机废水处理领域主要的研究物质之一。
1.2 含酚废水的治理技术
目前，物理法、化学法和生物法是针对于含酚废水处理的三类主流治理手段。其中，焚烧法、萃取法、蒸汽法、吸附法等是物理法中最主要的代表；生物法则包括活性污泥法、生物滤池法、接触氧化法等在内的多种以微生物氧化分解为主要手段的处理技术；化学法以化学试剂作为为主要技术手段，通过多种形式的化学反应方式，最终达到对于酚废水治理的目的，主要包括光化学氧化技术、离子交换技术以及化学试剂沉淀技术等。这其中以光化学催化氧化法为代表的高级氧化技术(简称AOPs)，因符合水环境综合治理的理念，并能够在稳定性、可靠性和安全性等方面做到最大限度的兼顾，因而在工业上被广泛应用于难降解有机废水的治理。
1.3 Fe0/H2O2 PhotoFenton试剂在有机废水处理中的优势
在当前水处理高级氧化技术中，PhotoFenton 试剂催化氧化法因其环境友好的特性，而广受青睐。并且PhotoFenton 试剂催化氧化法与其他的AOPs相比，具有操作过程简单、反应速度快、设备简便、费用合理等多重优点。
光照可促进Fenton试剂氧化反应中羟基自由基(OH)的产生[1]，从而提高降解速率。同时，光照条件会加速降解后生成的Fe3+转化为具有还原性Fe2+的效率，促进反应体系中Fenton试剂氧化降解反应的产生，从而有效地将有毒害性质的有机物降解成为无害的二氧化碳、水以及无机离子[2]。光照赋予了Fenton试剂更广泛的使用范围，在处理高浓度、难降解有毒有害废水方面具有更加明显的优势，PhotoFenton 试剂已成为目前水处理领域的研究热点[37]。王炜亮等[8]进行US/UV－Fenton处理高浓度罗丹明B特性研究时发现，在最优反应条件下，高浓度罗丹明B废水的可生化性(BOD/COD)由0.277提高到0.503。
经过不断发展，Fenton试剂已由最初单一的由Fe2+和H2O2组成的均相Fenton试剂发展出了包括均相与多相Fenton试剂在内的两大类别以及众多的组成方式。其中均相Fenton试剂能够在PH范围为2~7的反应条件下，对难降解有机物进行催化氧化处理，其对有机废水有较强的氧化降解能力，能够无选择的处理有机污染物。但由于均相Fenton试剂对PH值适应范围较窄，同时在反应过程中还原性的Fe2+会转换成Fe3+，从而导致起催化氧化作用的Fe2+的严重流失，并导致本已处理后的废水受到再次污染，同时Fe3+易形成氢氧化铁沉淀导致污泥含量增多[9]。因此为克服上述缺陷，多相Fenton试剂应运而生，其相较于均相Fenton试剂有更优越的处理效果，同时较好的减少了Fe2+的流失并在一定程度上拓宽了芬顿反应的pH范围。
零价纳米铁(ZVNI)因具有粒径小、比表面积大的优势，在非均相芬顿试剂的应用方面受到广泛关注。在此类非均相芬顿试剂反应体系中， Fe0在参与催化氧化反应的同时，还兼具还原污水中重金属污染物、利用Fe0自身溶蚀产生微小电位差对废水进行电解处理以及Fe2+氧化生成Fe3+絮凝吸附污水中悬浊污染物3种作用，Fe0还具有优良的经济性与广泛的适应性，因此在处理难降解有机废水方面前景广阔。Fe0组成的非均相Fenton试剂是利用Fe0在酸性溶液中缓慢溶蚀产生Fe2+，在反应系统中含有H2O2的条件下，会发生Fenton试剂氧化降解反应，从而达到对于废水中有机污染物全面的氧化降解解的目的[10]。研究者[1115]分别对均相与非均相Fenton试剂氧化反应体系降解有机污染物进行了研究，结果发现非均相Fenton试剂氧化反应体系与均相Fenton试剂氧化反应体系相比优势显著，在提高了氧化降解效果与速率的同时，克服了均相Fenton试剂氧化反应体系的诸多缺陷[1621]。
1.4 Fe0/H2O2 PhotoFenton试剂的缺陷
Fe0组成的非均相类Fenton试剂虽优势显著，但Fe0极易在催化氧化反应过程中出现团聚问题。此类现象的出现大大阻碍了光助类芬顿试剂催化氧化难降解有机污染物的处理效率[22]。
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