新型cfe2+异相fenton试剂的制备及其在废水处理中的应用【字数：11582】
随着时代的发展，人们的生活条件改善，各行各业也在飞快发展，而随之而来的是生活污水、食品加工和造纸等工业废水的产生。在这些工业废水中含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解，这就是有机废水。有机废水会对水质有所危害，降低水质。因此，应该加强对有机废水处理的力度。本文将对如何高效处理有机废水进行研究。采用静电纺丝法制备了PAN基碳纤维负载铁（Fe）、铜(Cu)和Fe/Cu复合异相催化剂，并采用扫描电镜测试所得异相催化剂的形貌，采用XRD对其结晶性能和组成进行表征，同时研究了不同催化剂、pH和物料比等因素对甲基橙试剂的自然光催化降解性能。结果表明在催化剂相同的条件下，物料比越高降解速率最快；随着pH值增大降解速度越小且降解效果越差；在催化剂不同的条件下，Fe/C在酸性条件下降解效果好，而Cu/C则是在碱性条件下降解效果好。研究了不同Fenton催化剂对甲基橙溶液的降解效果，发现实验中的催化剂降解甲基橙的反应均符合一级动力学方程。
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 有机废水的主要来源及危害 2
1.2.1 有机废水的来源 2
1.2.2 有机废水的主要特点 2
1.2.3 工业废水的危害 3
1.3 废水的处理方法 3
1.3.1 Fenton类高级氧化法 3
1.3.2 光催化高级氧化法 5
1.4 技术路线 8
1.5 静电纺丝机的使用 8
1.6 研究内容 8
1.7 研究的目的及意义 9
第二章 实验部分 10
2.1实验材料及装置 10
2.1.1 实验试剂 10
2.1.2 实验装置 10
2.2 催化剂的制备 11
2.3 催化剂性能研究 11
2.3.1 催化剂结构与晶型研究 11
2.3.2 催化剂形貌研究 12
2.3.3 催化剂降解效果研究 12
2.4 实验过程的问题及解决方法 13
第三章 结果与讨论 14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 3.1 催化剂结构和晶型研究 14
3.1.1 物料比及元素种类对其结晶性能的影响 14
3.1.2 物料比及元素种类对其形貌的影响 15
3.2 催化剂降解甲基橙模拟废水研究 18
3.2.1 PAN含量对催化性能的影响 18
3.2.2 金属盐种类及含量对其催化性能的影响 19
3.2.3 废液pH值对其催化性能的影响 20
3.3 催化剂的一级动力学规律研究 21
第四章 结论 22
参考文献 23
致 谢 24
绪论
引言
水是基础性的自然资源，是生态环境的控制性因素之一。经济的快速发展，水环境污染问题日趋严重，水环境污染导致水资源缺乏危机将严重制约社会经济的发展。根据中国环保部发布的《2017年中国环境状况公布》[1]显示，2017年全国地表水断面中，劣五类占8.6%，相比于2016年下降了0.3%的百分点，但是相较于2016年比2015年下降的1.1%的百分点来说，显然对水污染处理的效率在下降。同时，根据中国环保部发布的《2015年环境统计年报》[2]显示：全国废水排放总量735.3亿吨，其中工业废水排放量199.5亿吨，占废水排放总量的27.1%。我国水环境污染治理任务艰巨，尤其工业废水已成为重要污染源。
工业废水[3]的一个特点是水质和水量因生产工艺和生产方式的不同而差别很大。如电力、矿山等部门的废水主要含无机污染物，而造纸和食品等工业部门的废水，有机物含量很高。这些废水中，含无机污染物的废水浓度较低、成分简单、具有较高的可生化性，可以通过常规的生化处理技术实现达标排放；而浓度较高、成分复杂、可生化性差甚至会抑制微生物生长的工业废水却很难得到有效降解，将此类废水称为难降解有机工业废水，其中含有大量的有机污染物。这些难降解的有机污染物由于毒性较高，因此受到人们越来越的关注。
在化工行业、焦化行业[4]和制药行业等中，会大量使用有机化合物作为原料，而这些化工原料很多易溶于水，有毒，长期接触会导致人的身体机能出现问题。近些年来，随着经济和科技的飞速发展，工业对此类原料的需要逐渐递增，相应的工业废水也不断增多。因此，如何有效地控制含有机污染物废水的排放日益受到人们的关注。
高级氧化技术[5]在处理工业废水方面有着很好的高效性和经济性。高级氧化技术又称深度氧化技术，以产生具有强氧化能力的羟基自由基(OH)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，这一方法成功地弥补了传统废水处理方法难以有效降解一些工业废水中毒害物质的空白。与其他传统的水处理方法相比，高级氧化法具有以下特点：①产生大量活泼的OH，是目前已知的可在水处理中应用的最强氧化剂。②反应速度快，能在短时间内达到处理的要求。③对有机物的选择性小，OH与有机物作用时，无论是何种物质，无论多大浓度，均可将其氧化降解。④既可作为单独处理，又可与其他处理过程相配合。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，可将其分为光化学氧化、催化湿式氧化、声化学氧化、臭氧化、电化学氧化、Fenton氧化等。
对于工业处理废水的方法的研究和相关报道也有很多，并有不少成熟的文献，其中有部分是用的标准Fenton法，但是这种方法有弊端，比如因为催化剂Fe2+的要求，反应必须在酸性条件下进行[6]的反应pH值一般为2?4。本文改变Fenton试剂的制备过程以及制备方案，以甲基橙为实验对象，对Fenton法进行深入研究和探讨。
有机废水的主要来源及危害
有机废水的来源
有机废水一般是指由造纸、皮革及食品等行业及生活污水排出的在2000mg/L以上废水。这些废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白、纤维素等有机物,如果直接排放，会造成严重污染。有机废水按其性质来源可分为三大类:
(1)易于与微生物发生生物反应并消耗氧气的有机废水；
(2)有机物可以降解,但含有害物质的废水；
(3)难生物降解的和有害的有机废水。
在生活污水和皮革、造纸及食品加工等工业废水中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或者溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗水中的氧气，造成水中溶解氧含量减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质恶化。水体中有机物成分非常复杂，耗氧有机物浓度常用单位体积水中耗氧物质生化分解过程中所消耗的氧量表示。
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 有机废水的主要来源及危害 2
1.2.1 有机废水的来源 2
1.2.2 有机废水的主要特点 2
1.2.3 工业废水的危害 3
1.3 废水的处理方法 3
1.3.1 Fenton类高级氧化法 3
1.3.2 光催化高级氧化法 5
1.4 技术路线 8
1.5 静电纺丝机的使用 8
1.6 研究内容 8
1.7 研究的目的及意义 9
第二章 实验部分 10
2.1实验材料及装置 10
2.1.1 实验试剂 10
2.1.2 实验装置 10
2.2 催化剂的制备 11
2.3 催化剂性能研究 11
2.3.1 催化剂结构与晶型研究 11
2.3.2 催化剂形貌研究 12
2.3.3 催化剂降解效果研究 12
2.4 实验过程的问题及解决方法 13
第三章 结果与讨论 14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 3.1 催化剂结构和晶型研究 14
3.1.1 物料比及元素种类对其结晶性能的影响 14
3.1.2 物料比及元素种类对其形貌的影响 15
3.2 催化剂降解甲基橙模拟废水研究 18
3.2.1 PAN含量对催化性能的影响 18
3.2.2 金属盐种类及含量对其催化性能的影响 19
3.2.3 废液pH值对其催化性能的影响 20
3.3 催化剂的一级动力学规律研究 21
第四章 结论 22
参考文献 23
致 谢 24
绪论
引言
水是基础性的自然资源，是生态环境的控制性因素之一。经济的快速发展，水环境污染问题日趋严重，水环境污染导致水资源缺乏危机将严重制约社会经济的发展。根据中国环保部发布的《2017年中国环境状况公布》[1]显示，2017年全国地表水断面中，劣五类占8.6%，相比于2016年下降了0.3%的百分点，但是相较于2016年比2015年下降的1.1%的百分点来说，显然对水污染处理的效率在下降。同时，根据中国环保部发布的《2015年环境统计年报》[2]显示：全国废水排放总量735.3亿吨，其中工业废水排放量199.5亿吨，占废水排放总量的27.1%。我国水环境污染治理任务艰巨，尤其工业废水已成为重要污染源。
工业废水[3]的一个特点是水质和水量因生产工艺和生产方式的不同而差别很大。如电力、矿山等部门的废水主要含无机污染物，而造纸和食品等工业部门的废水，有机物含量很高。这些废水中，含无机污染物的废水浓度较低、成分简单、具有较高的可生化性，可以通过常规的生化处理技术实现达标排放；而浓度较高、成分复杂、可生化性差甚至会抑制微生物生长的工业废水却很难得到有效降解，将此类废水称为难降解有机工业废水，其中含有大量的有机污染物。这些难降解的有机污染物由于毒性较高，因此受到人们越来越的关注。
在化工行业、焦化行业[4]和制药行业等中，会大量使用有机化合物作为原料，而这些化工原料很多易溶于水，有毒，长期接触会导致人的身体机能出现问题。近些年来，随着经济和科技的飞速发展，工业对此类原料的需要逐渐递增，相应的工业废水也不断增多。因此，如何有效地控制含有机污染物废水的排放日益受到人们的关注。
高级氧化技术[5]在处理工业废水方面有着很好的高效性和经济性。高级氧化技术又称深度氧化技术，以产生具有强氧化能力的羟基自由基(OH)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，这一方法成功地弥补了传统废水处理方法难以有效降解一些工业废水中毒害物质的空白。与其他传统的水处理方法相比，高级氧化法具有以下特点：①产生大量活泼的OH，是目前已知的可在水处理中应用的最强氧化剂。②反应速度快，能在短时间内达到处理的要求。③对有机物的选择性小，OH与有机物作用时，无论是何种物质，无论多大浓度，均可将其氧化降解。④既可作为单独处理，又可与其他处理过程相配合。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，可将其分为光化学氧化、催化湿式氧化、声化学氧化、臭氧化、电化学氧化、Fenton氧化等。
对于工业处理废水的方法的研究和相关报道也有很多，并有不少成熟的文献，其中有部分是用的标准Fenton法，但是这种方法有弊端，比如因为催化剂Fe2+的要求，反应必须在酸性条件下进行[6]的反应pH值一般为2?4。本文改变Fenton试剂的制备过程以及制备方案，以甲基橙为实验对象，对Fenton法进行深入研究和探讨。
有机废水的主要来源及危害
有机废水的来源
有机废水一般是指由造纸、皮革及食品等行业及生活污水排出的在2000mg/L以上废水。这些废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白、纤维素等有机物,如果直接排放，会造成严重污染。有机废水按其性质来源可分为三大类:
(1)易于与微生物发生生物反应并消耗氧气的有机废水；
(2)有机物可以降解,但含有害物质的废水；
(3)难生物降解的和有害的有机废水。
在生活污水和皮革、造纸及食品加工等工业废水中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或者溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗水中的氧气，造成水中溶解氧含量减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质恶化。水体中有机物成分非常复杂，耗氧有机物浓度常用单位体积水中耗氧物质生化分解过程中所消耗的氧量表示。
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