胡雪峰

（茂名高嶺科技有限公司廣東茂名525026）

鉬改性高嶺土在造紙廢水處理中的應(yīng)用思考

胡雪峰

（茂名高嶺科技有限公司廣東茂名525026）

造紙廢水為較難降解的廢水，常規(guī)的絮凝法、生化法以及物理法極難達(dá)到較好的處理效果，外加化學(xué)氧化絮凝法、膜生物處理技術(shù)等方式處理的流程工藝極其復(fù)雜；因而費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便以及處理效果好的方式對(duì)造紙水廢水的處理來說至關(guān)重要。

電化學(xué)降解；高嶺土；造紙廢水

前言

本次主要將鉬改性高嶺土作為一種催化劑，通過電化學(xué)降解形式對(duì)造紙的廢水進(jìn)行處理，操作簡(jiǎn)單方便，且對(duì)于廢水的處理效果較好，同時(shí)通過分析造紙水催化劑負(fù)載離子的不同、礦化度以及初始的PH等對(duì)廢水處理的總體效果進(jìn)行研究，現(xiàn)將全部?jī)?nèi)容整理如下：

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

氯化鈉、氯化鐵、氯化鈷、氯化銅、硫酸亞鐵銨、濃硫酸、氫氧化鈉、硫酸汞、磷酸二氫鈉、硫酸銀、重鉻酸鉀、硫酸鋁鉀以及鉬酸銨均為分析純；工業(yè)品，高嶺土。消解裝置選取多功能HB-I型；攪拌器型號(hào)為恒溫磁力85-2型；直流穩(wěn)壓電源為WYK-302B2；真空干燥箱型號(hào)為DZF-6050。

1.2 制備催化劑

將高嶺土混合適量的鉬酸銨與氫氧化鈉溶液，于80℃的恒溫中進(jìn)行2h的攪拌，抽濾后晾干固體[1]。于60℃下實(shí)行真空干燥，在600℃溫度中焙燒4h，便可得出鉬改性高嶺土催化劑。鉬酸銨、氫氧化鈉及高嶺土的比例保持不變，于其中加入適當(dāng)比例的磷酸二氫鈉，其處理的方式與上述相同，便可得到鉬-磷改性高嶺土催化劑。

1.3 降解造紙水

經(jīng)電化學(xué)進(jìn)行催化，于容量在500mL，溫度在25℃的電解池中實(shí)施，其中電極應(yīng)用的面積在19.2cm（26cm×3.2cm）的石墨電極，且兩平行的電極均垂直固定于圓柱體內(nèi)，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

將150mL的造紙水加入250mL的水待稀釋后將其注入到電解池內(nèi)，對(duì)溶液PH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)加入一定的催化劑，對(duì)磁力攪拌器進(jìn)行調(diào)節(jié)，將其轉(zhuǎn)速設(shè)定為200r/min，電壓設(shè)定在10V，而溫度則控制在25℃[2]，進(jìn)行一定時(shí)間的電解后停止反應(yīng)，對(duì)化學(xué)需氧量進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果

2.1 磷對(duì)造紙廢水COD的影響

當(dāng)pH值為7，電壓為10V，且體系溫度在25℃時(shí)，催化劑為鉬-磷改性高嶺土?xí)r，COD去除幾率與鉬改性高嶺土相比要高，具體研究結(jié)果如下：當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在10min時(shí)，鉬-磷改性高嶺土對(duì)COD的降解在1200mg/L-1；鉬改性高嶺土為1300mg/L-1，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在20min時(shí)，鉬-磷改性高嶺土對(duì)COD的降解在1050mg/L-1；鉬改性高嶺土為1280mg/L-1；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在30min時(shí)，鉬-磷改性高嶺土對(duì)COD的降解在1150mg/L-1；鉬改性高嶺土為900mg/L-1；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在40min時(shí)，鉬-磷改性高嶺土對(duì)COD的降解在800mg/L-1；鉬改性高嶺土為1100mg/L-1，且在反應(yīng)40min之后，COD的去除率依次為49%、34%，得出鉬-磷改性高嶺土催化劑的活性與鉬改性高嶺土比較要高。推測(cè)可得出可能因應(yīng)用磷改性高嶺土過程中，在體系內(nèi)的磷酸根代替了高嶺土AL2（OH）6結(jié)構(gòu)中的OH-[3]，進(jìn)而導(dǎo)致高嶺土晶體的相關(guān)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了變化，增大了孔隙率，同時(shí)孔結(jié)構(gòu)比較明顯，對(duì)催化劑的活性提高極為有利。

2.2 降解中對(duì)造紙廢水COD的影響

當(dāng)電壓在10V、體系溫度為25℃以及pH值為7時(shí)，負(fù)載金屬離子前后在降解造紙水COD中的影響。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在10min時(shí)，鉬-磷改性高嶺土對(duì)COD的降解在1200mg/L-1；鉬-磷改性高嶺土+負(fù)載金屬離子為900mg/L-1，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在20min時(shí)，鉬-磷改性高嶺土對(duì)COD的降解在1150mg/L-1；鉬-磷改性高嶺土+負(fù)載金屬離子為600mg/L-1；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在30min時(shí)，鉬-磷改性高嶺土對(duì)COD的降解在900mg/L-1；鉬-磷改性高嶺土+負(fù)載金屬離子為450mg/L-1；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在40min時(shí)，鉬-磷改性高嶺土對(duì)COD的降解在850mg/L-1；鉬-磷改性高嶺土+負(fù)載金屬離子為350mg/L-1，得出當(dāng)電解時(shí)間在40min時(shí)，造紙水COD的取出幾率在75%，但催化劑為鉬-磷改性高嶺土?xí)r，其去除率在50%；當(dāng)催化劑為鉬-磷改性高嶺土金屬鐵負(fù)載時(shí)，COD去除的幾率高，究其原因或許是因?yàn)樵谠旒埶趸姶呋谐霈F(xiàn)了Fenton反應(yīng)，而三價(jià)鐵離子電解時(shí)得到電子，進(jìn)而變?yōu)槎r(jià)鐵離子，其后和電極形成的過氧化氫出現(xiàn)Fenton反應(yīng)最后形成·OH[4]。其中·OH為氧化性極強(qiáng)的自由基，在有機(jī)物的氧化作用中具有較顯著的效果；同時(shí)Fenton反應(yīng)中出現(xiàn)的·OH能夠推動(dòng)廢水進(jìn)行降解，進(jìn)而使COD下降明顯。

2.3 初始PH對(duì)造紙廢水COD的影響

當(dāng)體系溫度在25℃，電壓在10V時(shí)，催化劑為負(fù)載鐵離子改性高嶺土。當(dāng)pH值在4的時(shí)候，COD值下降的情況最為明顯，在40min內(nèi)，COD的值由1620mg/L下降到76mg/L，其去除幾率在96%；同時(shí)隨初始pH值的不斷增高，COD的去除幾率確不斷下降，表明在造紙水廢電化學(xué)的降解中，初始pH溶液在廢水降解中的作用顯著，對(duì)其原因進(jìn)行推測(cè)可得出：①溶液pH對(duì)Fenton反應(yīng)速率產(chǎn)生了影響，并對(duì)自由基的數(shù)量造成了影響；②在酸性條件下，羥基自由基的氧化活性高，更容易對(duì)反應(yīng)當(dāng)中的有機(jī)物進(jìn)行氧化，同樣在此情況下，羥基自由基也更容易產(chǎn)生[5]。因而可得出當(dāng)pH在4時(shí)，鉬-磷改性高嶺土金屬負(fù)載催化劑降解與催化作用最好，詳見表1。

表1 造紙水初始pH對(duì)于COD的影響分析

2.4 不同金屬離子負(fù)載對(duì)造紙水COD的影響

在同樣的條件下，負(fù)載鐵離子、銅離子以及鈷離子對(duì)廢水COD的影響如下：鉬-磷改性+鐵離子催化劑能夠使COD值下降的表現(xiàn)最為顯著，其去除率在96%，但鈷離子的去除幾率在67%，銅離子則為61%，由此表明負(fù)載鐵離子的催化性能與鈷離子、銅離子相比明顯要優(yōu)得多。

2.5 造紙水中氯化鈉對(duì)COD的影響

在體系溫度、pH以及電壓與上述研究相同的條件下，當(dāng)造紙水中加入適量的氯化鈉之時(shí)，40min后，COD的值由1620mg/L降低至113mg/L，其去除率在94%；若不添加氯化鈉時(shí)，則其去除率在77%。由此可知，如果體系當(dāng)中加入合適劑量的氯化鈉時(shí)，造紙廢水降解的效果作為明顯，對(duì)其進(jìn)行推測(cè)，可得出：因體系內(nèi)的氯離子形成了氧化性能極強(qiáng)的氯酸根離子以及次氯酸根離子。其反應(yīng)時(shí)為：

3 結(jié)語

本次研究中，將催化劑選取為鉬改性高嶺土，并利用化學(xué)降解的形式對(duì)造紙的廢水實(shí)施處理，經(jīng)本次研究結(jié)果得出，若造紙水原始的pH值在4時(shí)，負(fù)載鐵離子催化劑在改性高嶺土中的COD去除幾率高達(dá)90%之上。

[1]王瑩，侯黨社，韓莉萍，馬紅竹.鉬改性高嶺土在造紙廢水處理中的應(yīng)用[J].應(yīng)用化工，2011，45（06）：1112～1114.

[2]方金宇，林金輝.造紙涂布級(jí)高嶺土選礦加工研究進(jìn)展[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2011，23（05）：31～35.

[3]王瑩，侯黨社，韓莉萍，馬紅竹.釩改性催化劑的制備及其在造紙廢水處理中的應(yīng)用[J].化工科技，2011，19（06）：37～40.

[4]李凱華，程宏飛，杜貝貝，徐紅衛(wèi).非金屬礦物在造紙行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2016，18（01）：3～8+15.

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1004-7344（2016）28-0328-02

2016-9-21

胡雪峰（1984-），男，碩士研究生，主要從事環(huán)境礦物材料研究、非金屬礦物材料開發(fā)和加工等方面研究工作。