Fenton高級氧化技術氧化降解多環(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基金創(chuàng)新研究群體基金資助項目(50621403)的部分研究內容,并受重慶市自然科學基金研究項目(07BB7145)資助。多環(huán)芳烴類染料廢水是持久性難降解有機污染物最主要的來源之一。尤其是當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)的廢水處理技術已經難以實現對其達標排放處理。因此,研發(fā)一種高效、經濟、適用的染料廢水處理技術,對于保護水環(huán)境、推動我國印染業(yè)的發(fā)展,具有積極深遠的意義。本論文以

2、多環(huán)芳烴類染料廢水為處理目標,以羅丹明B染料為模擬研究對象,采用光助Fenton反應、微波強化Fenton反應和微波強化類Fenton反應,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、高壓汞燈和室內自然光為光源,引入廢鐵屑參與反應,開展光助Fenton反應降解羅丹明B染料廢水的降解特性研究。(2)為提高Fenton試劑法產生·OH的效率,實驗采用微波作為促進手段,進

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,在微波強化作用下,進行羅丹明B染料廢水降解特性的研究。(3)開展了光助Fenton反應、微波強化Fenton反應和微波強化類Fenton反應氧化降解的羅丹明B染料廢水動力學行為研究,并對光助Fenton反應條件下,羅丹明B降解機理與途徑進行了較為深入地探討。(4)論文還對高級fenton氧化技術處理實際染料廢水的產業(yè)化應用進行

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反應能有效地對多環(huán)芳烴類染料羅丹明B進行脫色降解,以太陽光或高壓汞燈為光源能明顯加速反應進程,室內光線條件下脫色降解速率較慢;針對500ml100mg·L-1羅丹明B溶液進行光助(高壓汞燈)Fenton反應氧化降解,其反應最優(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1小時后,羅丹明B去除率

5、達到99.9%,CODcr去除率達到93.8%。②微波與Fenton試劑聯用,相互促進,具有一定協(xié)同效應,能加快降解有機物羅丹明B的反應速率。針對500ml100mg·L-1羅丹明B溶液進行微波Fenton反應氧化降解,其反應最優(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去除率達到99.9%,CODcr去除率達到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溶液進行微波類Fenton反應氧化降解,其反應最優(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去除率達到99.0%,CODcr去除率達到80.42%。④在pH=3.5的條件下,光助Fenton反應降解染料羅丹明B的

7、反應級數為2.57,其反應的表觀動力學方程為: V=5×10?9×P1.2845×F0.3660×E0.9204;在pH=3.0的條件下,微波輻射Fenton反應降解羅丹明B的反應級數為2.13,其反應的表動力學方程為: 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反應降解羅丹明B的反應級數為2.85,其反應的表動力學方程為: V=8.291

8、82×10?5×P0.8763×G1.3719×E0.5975。⑤在光助Fenton反應條件下,羥基自由基·OH攻擊羅丹明B的大共軛發(fā)色基團中不飽和共軛鍵,使其斷裂,導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個乙基后的中間產物和染色環(huán)結構破壞后生成的苯甲酸、鄰苯二甲酸、對羥基苯甲酸、乙二酸等中間產物;羅丹明B分子中的氨基最終完全轉化為了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、級氧化技術處理實際染料廢水產業(yè)化應用的研究表明,Fenton高級氧化技術離實際產業(yè)化應用仍有不小的距離。但該技術集聚的優(yōu)勢,其技術操作與管理的便捷性,以及該技術廢水處理成本尚有較大的下降空間,決定了Fenton高級氧化技術是一極具發(fā)展?jié)摿Φ娜玖蠌U水處理技術。論文的創(chuàng)新與學術價值在于:①避開Fenton高級氧化技術降解羅丹明B染料廢水復雜的基元反應研究,開展了反應表觀動力學行為研究,確立了反應表觀動力學方程。從反應宏觀的角度有效地掌握了該

10、類染料廢水處理技術氧化降解污染物的反應規(guī)律。從而為提高氧化降解效率,優(yōu)化反應條件奠定了理論基礎。②在研究光助Fenton反應氧化降解羅丹明B染料廢水的中間產物與最終產物的基礎上,揭示了羅丹明B氧化降解機理,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與技術路線。③在Fenton高級氧化技術降解多環(huán)芳烴類染料廢水實驗與理論研究的基