一種微波催化降解含酚廢水的方法
2023-05-04 13:56:46
專利名稱：一種微波催化降解含酚廢水的方法
技術領域：
本發明涉及一種微波催化劑降解含酚廢水的方法。
背景技術：
隨著經濟的發展，環境負擔也日益沉重，尤其是水體環境。有機廢水色度深、難生化降解、成分複雜。這些有機汙染物流入水體中，水資源受到嚴重的汙染，且對人體有潛在的危險性。從環境和人類健康兩方面考慮，有機廢水在排放前，必須經過處理。因此開發一種高效、經濟的廢水處理方法迫在眉捷。
酚類化合物是化工行業中主要的中間體，特別是在農藥、醫藥和染料行業內。但因其毒性對生物及環境的危害，因此被美國環保署列入了 129種優先控制汙染物中。酚類化合物例如4-硝基苯酚(PNP)是化工行業中主要的中間體，在農藥、醫藥和染料行業內，因其毒性對生物及環境的危害大。苯酚廢水也是被美國環保署列入了 129種優先控制的汙染物。處理苯酚等含酚廢水的方法種類很多，例如生物法、吸附法、光催化法、超臨界水氧化、超聲催化氧化、溼式催化氧化法等。以上傳統方法存在反應時間長，處理濃度低，操作條件繁雜等實際問題。例如生物法，處理時間長，不能完全降解廢水中的汙染物，吸附法不能降解汙染物，只是將它們的狀態進行轉移，光催化法降解只適合低濃度有機廢水的處理，且處理時間長。超聲降解處理時間長，降解效率低。溼式催化氧化法反應時間長，可處理低濃度廢水、經濟損耗大等問題在工業應用中未能充分利用。微波輔助光催化降解法，其實質是用微波輔助的方式強化光催化的效果，仍然沒有完全脫離光催化，在一定程度上，可縮短反應時間，但不能處理高濃度有機廢水。因此需要開發一種新型的，高效的，環境友好的處理含酚廢水技術。近十幾年來，微波技術因其能顯著提高反應速度，降低能耗等優點，被廣泛運用於化工行業，如分子篩製備、納米材料製備、有機合成等。隨著微波技術的廣泛應用，廢水、廢氣等課題也逐漸引入微波技術。Huan H等(Microwave inducedcatalytic degradation of crystal violet innanonickel dioxide suspensions.J，Hazard, Mater., 2010, 173(1-3):393-400)利用微波誘導催化降解技術(MICD)處理結晶紫廢水溶液，經過5min處理結晶紫去除率可達到97%，礦化率達到81 %。姚燕等(Removal of ammonia-nitrogen in wastewater bymicrowave radiation and modifiedactivated carbon.Chemical ReactionEngineering and Technology (China)(化學反應與工藝)，2011，27(6):556-561)在處理氨氮廢水的過程中引入了微波技術，去除率可達至Ij 95 % Lii,上。T eh-Long Lai 等(High efficiency degradation of4-nitrophenolby microwave-enhanced catalytic method[J]Journal ofHazardous Materials,185(2011)366-372.)利用微波強化催化降解(ME⑶)方法應用於處理4-硝基苯酚廢水，在反應前鼓入空氣以增加反應液氧含量，通過微波輻照降解4-硝基苯酚，氧化鎳催化劑的晶格氧參與了反應，氧可補充晶格氧進行氧化反應，並討論認為微波具有強化催化作用和微波可能誘導產生了一些氧活性基團或輕基自由基。趙德明等(Degradation of phenolin water by microwave-assistedchlorine dioxide oxidation.Journal of ChemicalIndustry and Engineering(China)(化工學報)，2011，62 (7):2020-2025)報導「微波輔助二氧化氯氧化降解苯酚」的研究，認為微波對二氧化氯氧化具有增強作用或協同效應，微波可促進苯酌.降解。張國宇等(Microwave-1nduced CatalyticOxidation Processfor Treatment of Phenol in Water with Fe203/A1203Catalyst.Chinese Journal ofCatalysis (China)(催化學報)，2005，26 (7):597-601.)用 H202 氧化劑微波誘導 Fe203/A1203催化劑催化氧化苯酚。目前研究較多的是通過添加氧化劑例如二氧化氯、H202對酚類化合物氧化降解，利用微波輔助、微波強化或微波誘導等作用來處理降解含酚廢水。使用微波催化劑用微波催化反應氧化降解(MCROD)技術處理含酚廢水的研究未見公開的報導。發明內容
為了克服現有技術中存在的反應時間長，處理濃度低，操作條件繁雜，採用氧化劑成本高等問題，本發明提出了一種新的降解含酚廢水的方法，採用本發明的方法，能夠有效的解決現有技術中存在的問題，且能夠連續規模處理，易於大規模工業化處理。
本發明是採用如下技術方案實現的:
一種微波催化降解含酚廢水的方法，包括如下步驟:
( 1)製備微波催化劑:在活性炭上負載過渡金屬氧化物；
(2)微波催化劑與廢水混合:採用微波催化劑均勻的懸浮在廢水中、廢水均勻流經微波催化劑懸浮床層或填裝有微波催化劑的固定床組成的微波催化劑反應床層兩種方式中的一種實現微波催化劑與廢水混合，形成固液混合液；
(3)微波催化氧化降解:採用微波對固液混合液進行輻照2-60分鐘，使固液混合液發生催化氧化反應降解含酚有機物。
上述的微波催化降解含酚廢水的方法，其中所述的金屬氧化物為金屬鈦、鐵、銅、錳的氧化物中的一種或多種。
上述的微波催化降解含酚廢水的方法，其中在活性炭上負載的金屬氧化物為活性炭質量的I 一 10%。
上述的微波催化降解含酚廢水的方法，其中所述的活性炭經過除雜處理，包括對活性炭進行水洗，煮沸，乾燥步驟。
上述的微波催化降解含酚廢水的方法，其中含酚廢水的濃度為50_1000mg/L。
上述的採用活性炭基微波催化劑降解有機廢水的方法，其中含酚有機物與微波催化劑的質量比為1: 2 — 450。
上述的微波催化降解含酚廢水的方法，其中微波輻照的功率為200-800瓦。
上述的微波催化降解含酚廢水的方法，其中將微波催化劑填充在微波反應管中組成微波催化反應床層，對廢水進行連續處理。
上述的微波催化降解含酚廢水的方法，其中微波催化反應床層含有至少兩段微波反應管。
採用本發明的方法，具備如下優點:
1、微波催化反應氧化降解技術處理廢水降解效率高，4-硝基苯酚降解率> 99%,苯酚降解率> 99% ;而一般光催化技術降解率85% -95% ；
2、微波催化反應氧化降解技術使用微波催化劑；不會受廢水渾濁影響；光催化技術使用光催化劑，一般為粉末，廢水渾濁使光催化效率降低；
3、微波催化反應氧化降解技術可處理高濃度難處理的有機廢水，光催化技術一般處理廢水濃度低；
4、微波催化反應氧化降解技術不使用其它試劑；光催化技術常常使用一些輔助試劑例如H2O2等才能達到較理想的效果；
5、微波催化反應氧化降解技術降解為無汙染的二氧化碳和水，無二次汙染。
綜上，採用本發明的技術方案，能夠極大的提高降解效率，且處理時間大大縮短，操作簡單易行，投資和運行成本低，佔地面積少，降解徹底，可降解有機廢水的濃度範圍廣，能夠連續規模處理，易於大規模工業化處理，無二次汙染，適用於印染、造紙、化工、製藥等行業中有機廢水的處理。
圖1為本發明所述的微波催化降解含酚廢水的方法中具體實施例採用的實驗裝置圖2為本發明所述的微波催化降解含酚廢水的方法中實施例1的不同條件對4NP降解率的影響曲線圖3為本發明所述的微波催化降解含酚廢水的方法中實施例2的不同金屬擔載量對4NP降解率影響曲線圖4為本發明所述的微波催化降解含酚廢水的方法中實施例3的不同催化劑用量對4NP降解率影響曲線圖5為本發明所述的微波催化降解含酚廢水的方法中實施例4的不同微波功率對4NP降解率的影響曲線圖6為本發明所述的微波催化降解含酚廢水的方法中實施例5的不同廢水初始濃度對4NP降解率的影響曲線圖7為本發明所述的微波催化降解含酚廢水的方法中實施例7不同微波功率對苯酚降解率的影響曲線圖8為本發明所述的微波催化降解含酚廢水的方法中實施例8不同催化劑用量對苯酚降解率的影響曲線圖9為本發明所述的微波催化降解含酚廢水的方法中實施例9不同反應時間對苯酚降解率的影響曲 線圖。
具體實施方式
具體實施方式
中採用的分析方法為:利用紫外分光光度計在270nm處對溶液的吸光度進行測定，由(公式I)可知溶液濃度與吸光度呈正比，因此可得出溶液濃度，並根據(公式2)計算出溶液降解率。
A= α CL(I)
其中，A:吸收度α:摩爾吸光係數，L.g' cnT1 ；C:溶液的濃度，g.L—1 ；L:吸收層厚度，cm。
權利要求
1.一種微波催化降解含酚廢水的方法，包括如下步驟: (1)製備微波催化劑:在活性炭上負載過渡金屬氧化物； (2)微波催化劑與廢水混合:採用微波催化劑均勻的懸浮在廢水中、廢水均勻流經微波催化劑懸浮床層或填裝有微波催化劑的固定床組成的微波催化劑反應床層兩種方式中的一種實現微波催化劑與廢水混合，形成固液混合液； (3)微波催化氧化降解:採用微波對固液混合液進行輻照2-60分鐘，使固液混合液發生催化氧化反應降解含酚有機物。
2.如權利要求1所述的微波催化降解含酚廢水的方法，其特徵在於所述的金屬氧化物為金屬鈦、鐵、銅、錳的氧化物中的一種或多種。3、如權利要求1所述的微波催化降解含酚廢水的方法，其特徵在於在活性炭上負載的金屬氧化物為活性炭質量的I 一 10%。
3.如權利要求1所述的微波催化降解含酚廢水的方法，其特徵在於所述的活性炭經過除雜處理，包括對活性炭進行水洗，煮沸，乾燥步驟。
4.如權利要求1所述的微波催化降解含酚廢水的方法，其特徵在於含酚廢水的濃度為50_1000mg/L。
5.如權利要求1所述的採用活性炭基微波催化劑降解有機廢水的方法，其特徵在於含酚有機物與微波催化劑的質量比為1: 2-450。
6.如權利要求1所述的微波催化降解含酚廢水的方法，其特徵在於微波輻照的功率為200-800 瓦。
7.如權利要求1所述的微波催化降解含酚廢水的方法，其特徵在於將微波催化劑填充在微波反應管中組成微波催化反應床層，對廢水進行連續處理。
8.如權利要求9所述的微波催化降解含酚廢水的方法，其特徵在於微波催化反應床層含有至少兩段微波催化劑反 應床層。
全文摘要
本發明涉及一種微波催化劑降解含酚廢水的方法，包括(1)製備微波催化劑在活性炭上負載過渡金屬氧化物；(2)形成固液混合物在含酚廢水中放入一定量的步驟(1)製備的微波催化劑；(3)微波輻照所述固液混合物在微波場輻照下進行微波催化氧化反應降解含酚有機物。採用本發明的技術方案，能夠極大的提高降解效率，且處理時間大大縮短，操作簡單易行，投資和運行成本低，佔地面積少，降解徹底，可降解有機廢水的濃度範圍廣，能夠連續規模處理，易於工業化生產，無二次汙染，適用於印染、造紙、化工、製藥等行業中有機廢水的處理。
文檔編號C02F1/30GK103159282SQ201210570240
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者周繼承, 諶敏飛, 高令飛, 楊葉兵 申請人:湘潭大學