MnO2/CoFe2O4复合催化剂联合热活化过一硫酸盐处理高温染色废水的研究

作     者：李彦成 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄瑞敏;文淦斌

授予年度：2021年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：染色废水 过一硫酸盐 复合催化剂 MnO2/CoFe2O4 热活化 

摘      要：染色废水是印染废水中污染最严重的、最难以处理的废水之一。因此,研发一种高效可行的染色废水处理技术对印染废水的处理具有重要意义。过一硫酸盐(PMS)高级氧化技术对染色废水具有较好的处理效果,但是在均相体系中金属离子容易被氧化或沉淀导致利用率低,过量投加又容易对环境造成二次污染。为此,本研究从催化剂自身催化活性和PMS活化方式两个方面展开研究。其一,制备了非均相MnO/CoFeO磁性纳米复合催化剂,既可通过MnO和CoFeO的协同活化PMS降解有机污染物,又可利用CoFeO的磁性来提高催化剂的分离及回收利用性。其二,将MnO/CoFeO催化剂与热活化联用,协同活化PMS处理染色废水,提高了对COD和TOC的去除率。以下为主要研究内容及结论:(1)采用两步水热法合成制备了MnO/CoFeO复合催化剂,系列表征证明通过MnO的引入明显改善了CoFeO团聚问题,并且复合后的MnO/CoFeO仍具有较好的磁性能。以酸性大红3R(AR3R)降解率为评价指标,MnO/CoFeO-PMS反应体系对AR3R表现出高效的降解效率。在初始p H=3,PMS浓度为1.25 mmol/L,MnO/CoFeO投加量为0.3 g/L条件下,反应10 min后AR3R降解率为93.5%,反应6 h的TOC去除率为53.6%;自由基淬灭实验和X射线光电子能谱表征结果表明催化剂表面的≡Mn和≡Co均参与了电子传递过程,活化PMS产生的氧化活性物种主要为SO·和·OH,且主要位于催化剂表面。(2)以COD去除率为评价指标,热活化PMS处理混合染料废水各因素的影响程度为:反应温度PMS浓度反应时间初始p H,并且在初始p H=7,PMS浓度17.5mmol/L,温度80℃的条件下反应3 h,COD去除率最高为88.3%;电子自旋共振测试和自由基淬灭实验表明,热活化PMS同时产生了·OH和SO·,其中起主要降解作用的是·OH;对比不同活化体系对混合染料废水的处理效果,发现热与MnO/CoFeO联用活化PMS能明显加快对染料的降解速率并提高体系对TOC的去除率,反应2 h的COD去除率为87.5%,反应6 h的TOC去除率可达72.7%。(3)将MnO/CoFeO复合催化剂联合热活化PMS的高级氧化技术用于高温染色废水的处理,并利用Box-Behnken响应曲面法建立响应曲面模型。结果表明,各反应条件对COD去除率的影响程度为:PMS浓度催化剂投加量初始p H;反应的最佳条件为:PMS浓度37.8 mmol/L,催化剂投加量1.32 g/L,初始p H=6.26的条件下,反应2 h后COD去除率可达79.7%,处理后的COD浓度可以达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)中表2关于新建企业水污染物间接排放标准;催化剂循环利用试验表明,MnO/CoFeO具有较高稳定性,10次重复利用试验的COD平均去除率为75.4%,锰离子和钴离子的最大溶出浓度为0.58 mg/L和0.31 mg/L,溶出速率极低,二次污染小。