微波辅助异相光芬顿技术处理染料废水的研究

微波辅助异相光芬顿技术处理染料废水的研究

【摘要】：近年来染料废水污染受到广泛关注，三苯甲烷类染料是继偶氮染料、蒽醌类染料之后第三大应用广泛的染料。异相光技术作为高级氧化技术（AOP）的新兴技术，由于其降解速度快、无选择性、催化剂可重复使用等优势，一直是类技术研究的热点。大量研究表明，微波场可以强化光催化反应和氧化反应。因此，本文将微波场引入异相光体系，形成微波辅助异相光技术，并将其应用于染料废水的处理。本文采用离子交换法和液相化学沉积法制备了Fe3O4/沸石复合颗粒催化剂（以下简称FZ），以甲基紫MEV为目标物。 研究了流动式微波非均相光-体系对MEV的降解效果，详细考察了其主要影响因素，探讨了MEV降解的反应机理及流动式微波非均相光-体系在实际处理染料废水的可行性。主要内容概括如下：（1）采用离子交换和液相沉积法制备了Fe3O4负载沸石复合颗粒催化剂。表征结果表明，Fe3O4以簇状紧密生长在沸石上，粒径在1μm～2μm之间，Fe/Si原子百分比在0.66～0.76之间。 Fe3O4 负载沸石的 XRD 光谱在 30°、35.5°、37°、43° 和 53.5° 处出现衍射峰，分别对应 Fe3O4(220)、Fe3O4(311)、Fe3O4(222)、Fe3O4(400) 和 Fe3O4(422) 晶面。

以Fe2+/Na+=1：2计算，约有15.6%的Fe以离子交换形式存在于沸石中。（2）当反应条件为：H2O2浓度5./L，FZ-1投加量0.4g/L，初始pH值7.7±0.1，4盏无极灯时，采用流动微波辅助非均相光体系（MPHF）对20mg/L MEV进行降解，30min后降解率高达99.97%。 相同条件下，微波紫外过氧化氢体系（MW/UV/H2O2）、微波辅助非均相体系（MW/H2O2/FZ-1）、微波过氧化氢体系（MW/H2O2）和非均相体系（H2O2/FZ-1）的降解率分别为80%、78%、13%和14%，表明微波辅助非均相光-体系可以有效、快速地降解MEV。经确定，微波辅助非均相光-体系中FZ-1的最佳投加量为0.4 g/L，H2O2的最佳浓度为5./L，降解pH范围在3～10之间，催化剂FZ-1保持了良好的稳定性，铁损小于2.2 mg/L，经过5次循环（降解时间为21 min）后催化剂对MEV的降解效率仍在90%以上。 研究发现非均相反应是MEV的主要降解途径,而铁损引起的均相反应是MEV的次要降解途径。（3）基于LC/MS/MS和GC/MS分析推断了MEV中间体的结构,并在此基础上探究了微波非均相光-体系中MEV的降解机理,并通过理论计算进行了验证。

降解过程首先是N、N上的脱甲基反应，然后与·OH发生加成反应、脱苯环反应，最后发生开环反应。实验还发现MEV降解中存在新的反应过程：脱-NH2或（-NH（CH3），-N（CH3）2）反应。（4）当反应条件为：H202浓度/L，FZ-1投加量5g/L，初始pH值7.45，11盏无极灯，500mg/L MEV模拟工业染料废水，在流动微波异相光-体系中反应6min后，MEV脱色率达90%，H2O2利用率高于80%，MEV的COD值降低56.42%。