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活性炭催化劑去除黑色素廢水
文章作者:韩研网络部 更新时间:2020-9-10 16:16:34

  活性炭催化劑去除黑色素廢水

  面包酵母,乙醇生産和其他發酵工業(以糖蜜爲原料)排放的廢水擁有大量汙染物,其主要特征是深棕色,顯示出很高的化學需氧量(COD)。黑色素是廢水中褐色的起源,是高分子量的異質聚合物,它們在反應過程中通過氨基酸和糖類的結合而形成,它排放到廢水中會産生厭氧條件。所以我們需要一種處理這種汙染物的方法。我們首先使用活性炭進行吸附測試發現效果沒達到預期,並隨著改進吸附流程和加強活性炭的性能來實現對黑色素廢水的處理。

  活性炭催化劑的制造過程

  本次一共制備了三種類型的非均相Fenton催化劑,分别是纳米零价铁颗粒,活性炭负载的纳米零价铁和浸渍有纳米零价铁的壳聚糖改性活性炭。通过在活性炭上吸收铁离子,然后使用NaBH 4原位还原,合成了活性炭负载的纳米零价铁。壳聚糖改性活性炭的制备方法是,先在酸洗过的活性炭上涂覆一层壳聚糖,然后将亚铁离子螯合到壳聚糖基质中,然后将其原位还原为纳米零价铁。这几种活性炭催化劑的合成过程示意图如图1所示。

  圖1:活性炭催化劑的制備過程的示意圖和對汙染物的降解方法。

  活性炭對黑色素廢水的脫色測試

  使用活性炭样品研究了活性炭负载催化劑的可重复使用性,以在合适条件下处理合成的黑色素廢水。在第一个处理周期后,将活性炭从溶液中取出并用去离子水洗涤,然后重新引入相同COD值的黑素废水中,以进行第二个处理周期。使用活性炭进行了五个循环测试,每个循环后收集废水样品以分析COD减少和黑色素的去除。考虑到成本效益,H 2 O 2劑量对于使用芬顿反应的废水处理至关重要,因此需要进行优化。图2a显示了在合适pH和活性炭催化劑用量条件下,使用H 2 O 2在35mM和360mM之间的范围内,黑色素随时间的脱色关系。如图2a所示,所有浓度的H 2O 2的去除过程可分为两个区域,即在开始的15分钟内快速去除颜色,然后减慢氧化过程。使用35 mM H 2 O 2脱色H 2 O 2浓度在15分钟内仅为19%,但随着H 2 O 2浓度增加至60 mM 并没有太大改善,其中15分钟内获得了24%的脱色。但是H 2 O 2浓度从90 mM 进一步增加到240 mM显着加快了颜色去除率,在15分钟内去除了58%–72%。使用240 mM H 2 O 2(分别为76.2%和84.7%)获得较高的COD和颜色去除。小于60 mM H 2 O 2的颜色去除效率较低。

  图2:(a)活性炭处理的合成黑素废水的脱色(C/C 0百分比),(b)在存在H2O的处理过程中,残留H 2 O 2的浓度变化和活性炭的COD去除效率,(c)铁离子的浓度变化和总铁离子,(d)活性炭在相同载铁量的条件下,三种催化劑在处理黑素废水中的催化活性对脱色效果的比较。

  为了了解活性炭在处理合成类黑素废水中的反应机理,在初处理240 mM和360 mM H 2 O 2的过程中,测量了废水处理过程中未消耗的H 2 O 2浓度。图2b显示,残留的H 2 O 2浓度在20-25分钟后迅速下降,影响了Fenton样过程的效率。在使用240 mM H 2 O 2下会在90分钟后被消耗掉,并且该时间可以被认为是终止类芬顿反应的反应时间。完全消耗H 2 O 2后,可以大程度地去除颜色(图2a)。

  活性炭在去除黑色素廢水後的的重複使用性能

  检查了活性炭催化劑的可重复使用性,以评估其是否经过了多个循环的黑色素处理。图3显示了五个处理周期的COD和脱色以及铁浸出的结果。一个。尽管观察到4个循环后,脱色效率从85%逐渐降低到70%,但是,可以证明活性炭催化劑在Fenton反应中具有合理的可重复使用性。效率的降低可归因于吸附降解副产物时某些催化劑位点的失活以及在Fenton反应过程中少量铁的浸出。在每个循环后对铁的浸出进行了研究,以表明活性炭的稳定性。如图3所示a,在第一个循环中浸出铁离子的量最高,约为初始铁量的2%。在第三个循环后,浸出铁降至<1%,并且在随后的循环中保持稳定,在第五个循环时降至0.5%。与将铁离子浸入溶液中的单独的纳米零价铁相比,在Fenton类工艺中,亚铁离子和铁离子可能会被活性炭吸附/螯合,从而避免了浸出并使反应连续供入。零碎的铁损失显然是活性炭催化劑再利用以及减少铁淤渣的重要步骤。

  图3:在优化测试条件下,活性炭催化劑在Fenton样工艺中处理黑色素廢水五個循環的可重複使用性評估。

  活性炭催化去除黑素廢水的测试中。发现壳聚糖涂覆在活性炭上以稳定纳米零价铁,并且发现与物理吸附过程相比,化学交联导致壳聚糖更多地附着于活性炭。在固定条件下,活性炭的COD去除率和黑色素颜色去除率分别为76.2%和84.7%。在可重复使用测试下,活性炭处理黑色素廢水五个周期后,发现COD/脱色效果不会显着降低。重要的是,该活性炭催化劑的特点是在重复处理过程中铁的浸出率极低,从而降低了铁泥污染环境的可能性。总而言之,较高的脱色效率和较低的H 2 O 2降低了活性炭的消耗,废水中负载型催化劑的易于回收,多次循环的可重复利用性以及低铁的浸出,是一种出色催化劑。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,淨水活性炭.

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