以凹凸棒土为载体的非均相芬顿催化剂的制备及深度处理苯酚废水研究.docx

PAGE4

以凹凸棒土为载体的非均相芬顿催化剂的制备及深度处理苯酚废水研究

摘要

苯酚具有极高的毒性和难以被生物降解，会对环境、生物健康造成严重危害，是水中重要污染物之一。怎样完全、快速地去除水中的苯酚及其衍生物，是环境领域主要方向之一。虽然目前有许多去除苯酚的方法，但是大多都不能高效地去除苯酚，而高级氧化法具有很好的前景。其中，芬顿法具有处理效率高、无需在有光的环境就能降解有机物、设备投资较低等优点，逐渐成为高级氧化法中的主要方法之一。但也存在缺点：要在pH较低的条件下进行，需要调节pH；催化剂不能循环使用；产生大量铁泥，易造成二次污染；H2O2利用率不高。所以目前非均相芬顿法是目前研究的热点。国内外许多学者将金属离子固化在载体上形成催化剂，形成非均相芬顿体系，可以扩宽pH范围、可循环利用、易于分离等优点。

本文以凹凸棒土作为载体，利用与金属盐溶液浸渍的方法制备催化剂。分析了制备出的四种催化剂对苯酚的去除效果，得出载铁凹凸棒土的去除效果最好。因此利用与硫酸亚铁溶液浸渍的方法，将Fe2+固化在载体上而形成非均相芬顿催化剂，分析了不同溶液浓度、浸渍温度、浸渍时间这三个因素对催化剂性能的影响。结果表明：当FeSO4溶液浓度为1mol/L、在80℃水浴锅中浸渍2h时，催化剂的性能最好。

通过吸附性能测试，载铁凹凸棒土对苯酚的去除率为16.63%，比原凹凸棒土的吸附效果要好，说明载铁后其孔隙不仅没有被堵塞，吸附能力反而增大。

通过对照实验，载铁凹凸棒土在芬顿体系中有很好的处理效果，比对照组好很多，说明吸附在凹凸棒土上的铁离子能发挥作用。

将载铁凹凸棒土应用于模拟苯酚废水中，分析了不同催化剂投加量、H2O2投加量、pH值、反应时间对去除苯酚、COD能力的影响。结果表明：当催化剂投加量为20g/L、H2O2投加量为1.5mL、pH=6.5，反应2h时，能够去除

99.39%的苯酚和65.77%的COD，可见该非均相芬顿催化剂有很好的处理效果。该非均相芬顿催化剂比传统的芬顿法有着更好的处理效果、扩宽了pH的范围、无需调节pH的优点。关键词：苯酚非均相芬顿凹凸棒土

2

以凹凸棒土为载体的非均相芬顿催化剂的制备及深度处理苯酚废水研究

1绪论

1.1苯酚废水的来源及危害

苯酚是一种有机化合物，别名石炭酸，是一种弱酸，具有毒性和腐蚀性，pH在6-7之间，相对分子量为94.11，密度为1.071g/mL，熔点是43℃，常温下微溶于水，易溶于有机溶剂，是具有特殊气味的无色晶体。是生产某些树脂、杀菌剂以及药物的原料。

苯酚会严重危害人体健康，对身体器官如肝、肾造成损害，会导致急性中毒或慢性中毒的情况。

苯酚会严重污染环境[1]、污染水和大气。苯酚废水的来源广泛，很多企业、城市中排出的粪便都会产生苯酚废水；大气中的苯酚可通过降水进入水体。它是水体的重要污染物之一，苯酚废水具有极高的毒性和难生物降解性，会对生物有毒害作用，使细菌体内的酶丧失活性，导致生物处理效果变差。当水中苯酚浓度大于5mg/L时鱼类就会中毒死亡。苯酚是耗氧有机物，好氧微生物氧化分解苯酚会消耗溶解氧，导致鱼类缺氧死亡。当耗尽水中的溶解氧后，厌氧微生物进行厌氧发酵会生成H2S、氨、硫醇等恶臭气体，使水体发黑发臭。

苯酚还会通过雨水、灌溉等方式，在土壤中富集而造成土壤环境的污染。

1.2苯酚废水的处理方法

怎样完全、快速地去除水中的苯酚及其衍生物，是环境领域主要方向之一。目前，处理苯酚废水的方法主要分为三类：物理化学法、生物法和化学法。[2]

在处理苯酚废水时，根据不同苯酚浓度采取相应的处理方法：①低浓度（小于5mg/L）：物化法、生物法、化学法；②中浓度（5~500mg/L）：生物法、吸附法、化学氧化法；③高浓度（大于500mg/L）：可回收，萃取法、吸附法等。

1.2.1物化法

吸附法：利用具有大量孔隙的固体，如活性炭、木炭、煤、沸石、凹凸棒土等，固体表面吸附水中的物质而分离去除的方法。分为物理吸附和化学吸附。但吸附法处理成本高，一般用于深度处理。

萃取法：以高浓度有机废水为对象，将其中的有用资源提取出来，综合利用。原理是将有机溶剂与废水接触，这种有机溶剂的特性是密度小于水且不溶于水，在物理或化学作用下，使本来溶于水的组分从水相转移到有机相。姬登祥等[3]以生物柴油为萃取剂，苯酚废水为对象，在相比2：1、温度20℃、pH5.5的条件下处理浓度为

6980mg/L的苯酚废水，五级错流萃取后萃取率为99.97%，可实现苯酚的回收利用。

液膜法：萃取和反萃取一次完成、内相传质比表面积大，因此传质快、反萃取容易，所以这种方法处理苯酚废水具有设备运行费用低、苯酚去除率高、可回收利用等优点。在苯酚废水处理中，用煤油为膜相，NaOH溶液为膜内相，可以