Page 170 - 《精细化工》2021年第5期
P. 170

·1024·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

                 染料废水主要来自染料生产及印染过程，具有                          问题，本文拟采用还原性有机酸与铁离子络合，并
            成分复杂、有机物含量高、色度大、毒性强、降解                             将络合物负载于活性炭纤维（ACFs）上来制备非均
            难等特点，是难以处理的工业废水                [1-3] 。染料废水处        相 Fenton 催化材料。利用还原性有机酸的强还原性，
                                                                      3+
                                                                                    2+
            理不达标排放不仅造成大量水资源浪费，而且严重                             促进 Fe 原位还原为 Fe ；利用 ACFs 的良好导电
            危害生态环境。因此，开发高效、环保、经济的染                             性能提高界面电子转移速率；利用 ACFs 表面均匀
            料废水处理工艺，对保护生态环境和实现经济社会                             微孔结构使络合态铁紧密连接在 ACFs 上，同时有
            的高质量发展具有重要意义。                                      效吸附有机污染物实现原位降解。采用上述制备的
                 在众多染料废水处理方法中，高级氧化技术因                          非均相 Fenton 催化材料活化 H 2 O 2 处理染料废水，
            能产生氧化性极强的自由基，可将废水中难降解有                             并对其适用条件、性能及降解机理进行研究。
            机物氧化成低毒或无毒的小分子有机物，甚至完全
            矿化为 CO 2 和 H 2 O，成为了染料废水处理最有前途                     1   实验部分
            的方法之一      [4-5] 。根据反应条件和产生自由基的不同
                                                               1.1   试剂与仪器
            方式，高级氧化技术可以分为电化学氧化法、光催
                                                                   九水合硝酸铁（分析纯）、5,5-二甲基-1-吡咯啉
            化氧化法、臭氧氧化法、Fenton 氧化法、过硫酸盐                         氮氧化物（DMPO，质量分数 97%），阿拉丁试剂（上
                     [6]
            氧化法等 。其中 Fenton 氧化法具有适用范围广、
                                                               海）有限公司；过氧化氢（H 2 O 2 ，质量分数 37%），
            氧化能力强、降解速率快等优点而备受关注。但传
                                                               展望化工试剂有限公司；草酸、乳酸、酒石酸、柠
            统 Fenton 氧化法存在以下问题：（1）pH 适用范围
                                                               檬酸，分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；琥
            窄（2.5~4.0），导致废水处理需调 pH 至酸性，且排
                                                               珀酸，分析纯，天津市永大化学试剂有限公司；ACFs
            放前还需再次调 pH 至中性，耗资耗时；（2）废水
                                                               （1600 目），江苏科力特环保科技有限公司；实验
            处理过程产生大量铁淤泥，造成固废，处理成本增
                                                               室用水为二次去离子水；染料废水取自龙盛集团股
            加；（3）Fenton 试剂为均相催化剂，只能一次性使
                                 [7]
            用，无法回收循环利用 。与均相 Fenton 催化剂相                        份有限公司（COD 质量浓度为 1120 mg/L，pH=
                                                               7.65）。
            比，非均相 Fenton 催化主要是在固态材料的表面发
                                                                   5B-3F（V10）型 COD 快速测定仪，北京连华
            生反应，反应后体系中的铁离子很少，有效避免了
                                                               永兴科技发展有限公司；Vector 22 型傅里叶变换红
            铁淤泥的产生，拓宽了 pH 适用范围，且在反应结
                                                               外光谱仪、A300 电子顺磁共振波谱仪（EPR），德
            束后，还可以通过合适的方法对催化剂分离回收并
                                                               国 Bruker 公司；Gemini SEM 300 场发射扫描电子显
            重复使用。因此，发展非均相 Fenton 催化技术是克
                                                               微镜，德国蔡司公司；HK-8100 型电感耦合原子发
            服传统均相 Fenton 氧化法缺陷的必要途径。近年来，
                                                               射光谱仪（ICP-AES），北京华科易通分析仪器有限
            研究者开展了大量非均相 Fenton 催化处理染料废水
                              [8]
            的研究。WANG 等 合成了针铁矿（α-FeOOH）用                        公司；Thermo Scientific  K-Alpha+型 X 射线光电子
                                                               能谱仪（XPS），上海复达检测技术集团有限公司。
            于降解甲基橙，加入 H 2 O 2  60 min 后可达 95.9%的脱
                                                       [9]
            色率和 55%的总有机碳去除率。RAMALHO 等 制                        1.2   还原性有机酸络合铁负载 ACFs 的制备
                                                                   将 20 g ACFs 浸入 500 mL 3 mol/L 硝酸溶液中，
            备了 Ti/Fe 2 O 3 催化剂，可实现对活性黑 5（RB5）纺
            织染 料 100% 的降 解。 ZHANG 等             [10]  开发出      25  ℃恒温水浴中振荡 24 h，用去离子水洗涤多次，
            Fe 3 O 4 /RGO 复合材料，用于亚甲基蓝的降解，在外                    至滤液呈中性后 60  ℃干燥 12 h，得到酸化处理的
            加磁场作用下可回收，且经 5 次使用后仍表现出良                           ACFs。分别配制 250 mL 浓度为 0.025、0.05、0.10
            好的稳定性。DUARTE 等         [11] 利用醋酸亚铁浸渍活性             和 0.15 mol/L 的九水合硝酸铁和草酸混合溶液（九
            炭活化 H 2 O 2 降解印染废水，可达 96.7%的脱色率和                   水合硝酸铁与草酸物质的量比 1∶1）。取 5 g 酸化的
            66.3%的化学需氧量（COD）去除率，经 60 h 连续                      ACFs 浸入上述 0.025 mol/L 混合溶液中，并在 25 ℃
            操作铁离子溢出量仅为初始量的 1.25%。然而，常                          恒温水浴中振荡浸泡 6 h。将纤维取出后，用去离子
            见的非均相 Fenton 催化材料活化 H 2 O 2 时，体系中                  水多次洗涤，洗去未被吸附的铁离子，然后在 60  ℃
                                                 2+
              2+
                               3+
                                      3+
            Fe 可快速转变成 Fe ，而 Fe 转变成 Fe 的过程却                     烘箱内干燥 12 h，得到草酸铁络合物负载 ACFs 催
            十分缓慢，造成铁循环受阻，影响降解率和循环使                             化剂，记为 Oxa-Fe/ACFs-1。
            用性能    [12] 。此外，常用的非均相 Fenton 催化材料的                    其余催化剂的制备方法同上，只需改变草酸和
            活性位点与有机污染物接触几率有限、且界面电子                             九水合硝酸铁溶液的浓度，按混合溶液浓度的增加，
            迁移速率低，从而影响降解率。                                     将 制得的 催化 剂分别 命名 为 Oxa-Fe/ACFs-2 、
                 针对非均相 Fenton 催化材料活化 H 2 O 2 存在的               Oxa-Fe/ACFs-3 和 Oxa-Fe/ACFs-4。
   165   166   167   168   169   170   171   172   173   174   175