基于H2O2催化湿式氧化酸性红B染料废水的研究.doc

H2O2催化湿式氧化酸性红B染料废水的研究 李红亚1，赵彬侠2，张 凯3 （1榆林学院 化学与化工学院，陕西 榆林 719000；2 西北大学 化工学院, 陕西 西安 710069； 3西安航天化学动力厂，陕西 西安 710025） 摘 要：以自制的复合氧化物Fe2O3-NiO-CeO2/γ-Al2O3为催化剂氧化降解酸性红B染料废水，考察了进水pH值、反应温度、氧化剂及催化剂用量对COD去除率的影响。结果表明，在反应温度为 90 ℃,进水pH为7，催化剂投入量2g（300mL废水），双氧水用量18mL时，酸性红B的COD去除率可达到87.6%。 关键词：酸性红B；过氧化氢；湿式氧化；催化剂 中图分类号: X703 文献标志码: A  酸性红B（Acid Red B）又名酸性枣红B，是一种具有代表性的偶氮类染料[1],从结构来看，其分子中含有一个偶氮键和两个萘环，是一种萘系磺化偶氮染料，性质十分稳定，难生物降解[2]。湿式氧化法[3]作为一种有效的化学氧化技术，特别适用于高浓度有机废水的处理，它是在高温高压下以氧气或双氧水为氧化剂，将废液中的有机物氧化分解从而大幅度降低COD的方法[4-6]。本研究采用双氧水为氧化剂，在催化剂存在的条件下，氧化降解酸性红B模拟染料废水，以确定其较适宜的工艺条件，为这一技术的实际应用提供理论参考。 1实验内容 1.1 主要仪器 GS-0.5型高温高压反应釜；721型分光光度计；JHR-2型COD恒温加热仪；PHS-3B型精密pH计；SHZ-D循环水式真空泵和DF-101S恒温磁力搅拌器。 1.2 催化剂制备 催化剂采用分步浸渍法制备。分别配制0.05mol/L的硝酸铈溶液，0.75mol/L硝酸铁溶液和0.25mol/L硝酸镍溶液备用，采用过量浸渍法将经过预处理过的γ-Al2O3载体浸渍于硝酸铈溶液中24h，过滤后在110℃条件下干燥12h，然后在600℃条件下焙烧6h，再将所得中间物以同样的步骤分别负载铁和镍组分，即得到以铁和镍为主要活性组分的复合氧化物催化剂Fe2O3-NiO-CeO2/γ-Al2O3。 1.3 实验过程 本反应在高温高压反应釜中进行。向反应釜中加入300mL 4g/L酸性红B模拟废水和一定量的催化剂以及双氧水，加热并搅拌，分时取样，并对所取样进行COD去除率和铁离子溶出的测定，以考察催化剂活性和稳定性。COD采用重铬酸钾滴定法[7]测定，催化剂的金属溶出量用邻菲啰啉-分光光度法[8]测定。 2结果与讨论 2.1催化剂用量的影响 在进水pH值为7，双氧水投加量为降解染料废水的理论需用量（50ml/L废水），反应温度为90℃时，考察催化剂用量对氧化效果的影响，实验结果如图1。 图1(a) 催化剂用量对COD去除率的影响 图1(b) 铁溶出随催化剂用量的变化 由图1(a)可见，相同反应条件下，使用催化剂后COD去除率明显比不用催化剂时高，而且随着催化剂用量的增加，COD去除率基本呈增加趋势。但由图1(b)知，随着催化剂用量的增加，金属离子溶出也明显增加，易造成二次污染和后续处理成本的增加。综合考虑各因素，选2g催化剂为最佳用量。 2.2进水pH值的影响 双氧水用量选取理论需用量，催化剂用量为2g，反应温度为90℃时考察不同进水pH值对氧化效果的影响，实验结果如图2。 图2(a) 进水pH值对COD去除率的影响 图2(b) 铁溶出随进水pH的变化 由实验结果可以看出，随着进水pH值的减小，COD去除率明显提高，但同时催化剂的铁离子溶出也明显增加，虽然在碱性条件下，铁离子溶出较少，但是当pH过高时，过量的OH-会和·OH发生反应，造成氧化剂的消耗，从而对COD去除率造成不利影响。因此最佳进水pH值选定为7。 2.3双氧水用量的影响 在进水pH值为7，催化剂投加量为2g，反应温度为90℃下考察不同双氧水投加量（9mL，12mL，15mL，18mL和21mL，分别为其理论需用量的60%、80%、100%、120%、140%）的氧化效果。 图3(a) 双氧水用量对COD去除率的影响 图3(b) 铁溶出随双氧水用量的变化 图3(a)可以看出，当双氧水用量少于理论用量时，COD去除率随着双氧水用量的增加而增高，当双氧水用量大于理论用量时，COD去除率反而略有下降，主要是由于双氧水在催化剂存在条件下被快速分解为·OH，当双氧水用量过高时，·OH便和过量的双氧水发生反应，造成双氧水自身消耗，从而使COD去除率降低。同时由图3(b)可以看出随着双氧水用量的增加铁离子溶出也随之增加，所以双氧水用量选取18mL (相当于理论量的1.2倍)。 2.4反应温度的影响 在进水pH值