Fenton高級氧化技術(shù)氧化降解多環(huán)芳烴類染料廢水的研究.pdf

1、本研究課題系國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體基金資助項目(50621403)的部分研究內(nèi)容,并受重慶市自然科學(xué)基金研究項目(07BB7145)資助。多環(huán)芳烴類染料廢水是持久性難降解有機(jī)污染物最主要的來源之一。尤其是當(dāng)前染料正朝著抗光解、抗熱及抗生物氧化方向發(fā)展,使其處理難度加大,傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)已經(jīng)難以實現(xiàn)對其達(dá)標(biāo)排放處理。因此,研發(fā)一種高效、經(jīng)濟(jì)、適用的染料廢水處理技術(shù),對于保護(hù)水環(huán)境、推動我國印染業(yè)的發(fā)展,具有積極深遠(yuǎn)的意義。本論文以

2、多環(huán)芳烴類染料廢水為處理目標(biāo),以羅丹明B染料為模擬研究對象,采用光助Fenton反應(yīng)、微波強(qiáng)化Fenton反應(yīng)和微波強(qiáng)化類Fenton反應(yīng),對模擬羅丹明B染料廢水和實際多環(huán)芳烴類染料廢水進(jìn)行了實驗研究。探索性地開展了以下四個方面的研究工作:(1)以太陽光、高壓汞燈和室內(nèi)自然光為光源,引入廢鐵屑參與反應(yīng),開展光助Fenton反應(yīng)降解羅丹明B染料廢水的降解特性研究。(2)為提高Fenton試劑法產(chǎn)生·OH的效率,實驗采用微波作為促進(jìn)手段,進(jìn)

3、行了羅丹明B染料廢水降解特性的研究;同時,模擬染料廢水中過渡金屬離子Cr(Ⅵ)替代Fe2+參與Fenton反應(yīng),在微波強(qiáng)化作用下,進(jìn)行羅丹明B染料廢水降解特性的研究。(3)開展了光助Fenton反應(yīng)、微波強(qiáng)化Fenton反應(yīng)和微波強(qiáng)化類Fenton反應(yīng)氧化降解的羅丹明B染料廢水動力學(xué)行為研究,并對光助Fenton反應(yīng)條件下,羅丹明B降解機(jī)理與途徑進(jìn)行了較為深入地探討。(4)論文還對高級fenton氧化技術(shù)處理實際染料廢水的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)行

4、了系統(tǒng)的探討。通過上述實驗研究與理論分析,論文獲得了如下研究成果:①光助Fenton反應(yīng)能有效地對多環(huán)芳烴類染料羅丹明B進(jìn)行脫色降解,以太陽光或高壓汞燈為光源能明顯加速反應(yīng)進(jìn)程,室內(nèi)光線條件下脫色降解速率較慢;針對500ml100mg·L-1羅丹明B溶液進(jìn)行光助(高壓汞燈)Fenton反應(yīng)氧化降解,其反應(yīng)最優(yōu)化條件為:pH=3.5,18mmol·L-1Fe2+溶液用量5.0ml,30％H2O2用量5.0ml。反應(yīng)1小時后,羅丹明B去除率

5、達(dá)到99.9%,CODcr去除率達(dá)到93.8%。②微波與Fenton試劑聯(lián)用,相互促進(jìn),具有一定協(xié)同效應(yīng),能加快降解有機(jī)物羅丹明B的反應(yīng)速率。針對500ml100mg·L-1羅丹明B溶液進(jìn)行微波Fenton反應(yīng)氧化降解,其反應(yīng)最優(yōu)化條件為:pH=3.0、30%H2O2溶液0.70ml、0.020mol·L-1Fe2+溶液4.00ml、微波作用8min。此時,羅丹明B去除率達(dá)到99.9%,CODcr去除率達(dá)到90.2%。③微波輻射(Cr(

6、Ⅵ)-H2O2)類Fenton試劑法催化降解多環(huán)芳烴有機(jī)物羅丹明B取得了良好的處理效果。針對500ml100mg·L-1羅丹明B溶液進(jìn)行微波類Fenton反應(yīng)氧化降解,其反應(yīng)最優(yōu)化條件為:pH=3.4、30%H2O2溶液1.00ml、0.040 mol·L-1Cr(Ⅵ)溶液4.00ml、微波作用8min。此時,羅丹明B去除率達(dá)到99.0%,CODcr去除率達(dá)到80.42%。④在pH=3.5的條件下,光助Fenton反應(yīng)降解染料羅丹明B的

7、反應(yīng)級數(shù)為2.57,其反應(yīng)的表觀動力學(xué)方程為: V=5×10?9×P1.2845×F0.3660×E0.9204;在pH=3.0的條件下,微波輻射Fenton反應(yīng)降解羅丹明B的反應(yīng)級數(shù)為2.13,其反應(yīng)的表動力學(xué)方程為: V=0.064085×P0.4089×F1.4655×E0.2562;在pH=3.4的條件下,微波輻射(Cr(Ⅵ)-H2O2)類Fenton反應(yīng)降解羅丹明B的反應(yīng)級數(shù)為2.85,其反應(yīng)的表動力學(xué)方程為: V=8.291

8、82×10?5×P0.8763×G1.3719×E0.5975。⑤在光助Fenton反應(yīng)條件下,羥基自由基·OH攻擊羅丹明B的大共軛發(fā)色基團(tuán)中不飽和共軛鍵,使其斷裂,導(dǎo)致廢水的脫色與氧降分解。降解過程中可能主要有羅丹明B脫去1-4個乙基后的中間產(chǎn)物和染色環(huán)結(jié)構(gòu)破壞后生成的苯甲酸、鄰苯二甲酸、對羥基苯甲酸、乙二酸等中間產(chǎn)物;羅丹明B分子中的氨基最終完全轉(zhuǎn)化為了NO3?,廢水中沒有NO2?和N O?等其它形式的氮存在;⑥通過對Fenton高

9、級氧化技術(shù)處理實際染料廢水產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的研究表明,Fenton高級氧化技術(shù)離實際產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍有不小的距離。但該技術(shù)集聚的優(yōu)勢,其技術(shù)操作與管理的便捷性,以及該技術(shù)廢水處理成本尚有較大的下降空間,決定了Fenton高級氧化技術(shù)是一極具發(fā)展?jié)摿Φ娜玖蠌U水處理技術(shù)。論文的創(chuàng)新與學(xué)術(shù)價值在于:①避開Fenton高級氧化技術(shù)降解羅丹明B染料廢水復(fù)雜的基元反應(yīng)研究,開展了反應(yīng)表觀動力學(xué)行為研究,確立了反應(yīng)表觀動力學(xué)方程。從反應(yīng)宏觀的角度有效地掌握了該

10、類染料廢水處理技術(shù)氧化降解污染物的反應(yīng)規(guī)律。從而為提高氧化降解效率,優(yōu)化反應(yīng)條件奠定了理論基礎(chǔ)。②在研究光助Fenton反應(yīng)氧化降解羅丹明B染料廢水的中間產(chǎn)物與最終產(chǎn)物的基礎(chǔ)上,揭示了羅丹明B氧化降解機(jī)理,并提出了羅丹明B染料廢水最可能的降解途徑,從而獲得該染料廢水處理技術(shù)氧化降解污染物的基本規(guī)律。這為探索多環(huán)芳烴類染料廢水的氧化降解規(guī)律提供了重要的理論依據(jù)與技術(shù)路線。③在Fenton高級氧化技術(shù)降解多環(huán)芳烴類染料廢水實驗與理論研究的基