復(fù)合金屬氧化物催化處理酚類污染廢水的應(yīng)用研究

張祎敏

（石嘴山工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 石嘴山 753000）

酚類污染廢水主要在雙酚A、煉油、石油化工、合成纖維以及塑料等產(chǎn)品的制造過程中產(chǎn)生。對(duì)于酚類化合物而言，即使其在非常低濃度的量級(jí)也會(huì)對(duì)人體和微生物具有一定的毒害作用；當(dāng)其濃度較高時(shí)可引起急性中毒反應(yīng)，甚至死亡[1-2]。吸附法、生化法、溶劑萃取法以及高級(jí)氧化法均可用于酚類污染廢水的治理，但是高級(jí)氧化法因其處理高效、降解徹底等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用，而且以催化濕式氧化法為主[3-5]。本文將以過渡金屬氧化物為催化劑、雙氧水為氧化劑對(duì)酚類污染廢水進(jìn)行處理，最終得出酚類污染廢水采用復(fù)合金屬氧化物催化處理的最佳工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

本文所研究的核心為采用復(fù)合金屬氧化物催化處理酚類污染廢水，通過實(shí)驗(yàn)的方式選出最佳的催化劑和處理工藝條件，上述研究主要基于實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)行。根據(jù)上述研究?jī)?nèi)容，本實(shí)驗(yàn)包括有復(fù)合金屬氧化物的制備和苯酚廢水的處理兩個(gè)環(huán)節(jié)。

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1.1 復(fù)合金屬氧化物的制備

復(fù)合金屬氧化物為催化濕式氧化法處理酚類污染廢水的催化劑，為得到最佳的催化劑選型，需要根據(jù)相關(guān)理論和經(jīng)驗(yàn)配置復(fù)合金屬氧化物，具體步驟如下：

1）取3 種或者2 種一定物質(zhì)的量濃度的過渡金屬在硝酸鹽溶液中充分反應(yīng)，并在其中以60 滴/min的速度加入一定量的共沉淀劑，在反應(yīng)過程中采用磁力攪拌器攪拌1 h；

2）將1）的反應(yīng)產(chǎn)物陳化一定時(shí)間后，采用無水乙醇和蒸餾水對(duì)其進(jìn)行洗滌，洗滌后置于60 ℃的烘箱中干燥12 h；

3）將2）的反應(yīng)產(chǎn)物放置于馬弗爐中煅燒若干小時(shí)，得到作為催化劑的復(fù)合金屬氧化物。

1.1.2 酚類污染廢水的治理

在上述復(fù)合金屬氧化物制備完成后，以其為催化劑采用催化濕式過氧化氫氧化法對(duì)酚類污染廢水進(jìn)行治理，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1）在三口燒瓶中加入500 mL 酚類污染廢水，同時(shí)向其中加入一定量的復(fù)合金屬氧化物催化劑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的雙氧水；

2）樣品加注完成后以2 000 r/min 的速度對(duì)其進(jìn)行攪拌，同時(shí)將三口燒瓶置于水浴中進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后對(duì)過濾所得的濾液進(jìn)行測(cè)試，重點(diǎn)對(duì)灰分酚的含量和COD 進(jìn)行測(cè)定。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇及分析

在對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選型，具體如表1 所示：

表1 酚類污染廢水處理實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2 復(fù)合金屬氧化物催化劑的優(yōu)選

本小節(jié)結(jié)合苯酚類污染廢水的處理實(shí)際需求，采用兩組分和三組分復(fù)合金屬氧化物作為其催化劑對(duì)苯酚類污染廢水進(jìn)行治理。

2.1 兩組分復(fù)合金屬氧化物催化劑的優(yōu)選

所研究的兩組分復(fù)合金屬氧化物包括有Zn-Fe、Zn-Co、Cu-Fe、Fe-Mn、Co-Mn、Cu-Mn 以及Zn-Mn 7 種催化劑。在上述兩組分復(fù)合金屬氧化物催化劑制備完成的基礎(chǔ)上，按照“1”中所述的酚類污染廢水的治理步驟對(duì)不同催化劑對(duì)應(yīng)的治理效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，重點(diǎn)對(duì)酚類污染廢水中COD 的去除率和揮發(fā)酚的去除率進(jìn)行對(duì)比，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示：

表2 不同兩組分復(fù)合金屬氧化物降解效果對(duì)比

分析表2 中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在酚類污染廢水治理過程中加入復(fù)合金屬氧化物對(duì)應(yīng)的COD 去除率和揮發(fā)酚的去除率明顯增加；對(duì)比不同復(fù)合氧化物對(duì)應(yīng)的降解效果可知，當(dāng)采用Cu-Mn 復(fù)合金屬氧化物和Zn-Mn 復(fù)合金屬氧化物其對(duì)酚類污染廢水中COD 和揮發(fā)酚的去除率相近且效果最好。

2.2 三組分復(fù)合金屬氧化物催化劑的優(yōu)選

所研究的三組分復(fù)合金屬氧化物包括有Co-Cu-Mn 和Cu-Mn-Zn 兩類，上述兩種復(fù)合金屬氧化物均按照預(yù)先設(shè)定的步驟進(jìn)行制備；基于制備完成的三組分復(fù)合金屬氧化物對(duì)苯酚廢水的治理效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，重點(diǎn)對(duì)酚類污染廢水中COD 和揮發(fā)酚的去除率進(jìn)行對(duì)比，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3 所示：

表3 不同三組分復(fù)合金屬氧化物降解效果對(duì)比

如表3 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，Cu-Mn-Zn 復(fù)合金屬氧化物相比較與Co-Cu-Mn 復(fù)合金屬氧化物對(duì)酚類污染廢水中COD 和揮發(fā)酚具有更好的去除率，即對(duì)酚類污染廢水具有更好的降解效果。

所以，三組分復(fù)合金屬氧化物相比于兩組分復(fù)合金屬氧化物而言對(duì)酚類污染廢水具有更好的降解效果。而且，以Cu-Mn-Zn 復(fù)合金屬氧化物作為催化劑為左右選擇，其對(duì)酚類污染廢水中COD 的去除率可達(dá)92.4%，對(duì)揮發(fā)酚的去除率高達(dá)98.5%。

3 結(jié)語

酚類污染廢水是工業(yè)生產(chǎn)中常見的廢水之一，當(dāng)其濃度較低時(shí)就對(duì)人體和微生物造成傷害，當(dāng)其濃度較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致急性重度甚至出現(xiàn)對(duì)生命構(gòu)成威脅。因此，針對(duì)酚類污染廢水的治理是當(dāng)前急需解決的問題。相比于各種酚類污染廢水的治理方向，催化濕式氧化法具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，唯一需要研究的是催化劑的選型。

1）復(fù)合金屬氧化物為酚類污染廢水治理的催化劑的首選，本文重點(diǎn)對(duì)兩組分和三組分復(fù)合金屬氧化物的催化效果進(jìn)行研究。

2）酚類污染廢水治理過程中加入復(fù)合金屬氧化物對(duì)應(yīng)的COD 去除率和揮發(fā)酚的去除率明顯增加；對(duì)比不同復(fù)合氧化物對(duì)應(yīng)的降解效果可知，當(dāng)采用Cu-Mn 復(fù)合金屬氧化物和Zn-Mn 復(fù)合金屬氧化物其對(duì)酚類污染廢水中COD 和揮發(fā)酚的去除率相近且效果最好。

3）三組分復(fù)合金屬氧化物相比于兩組分復(fù)合金屬氧化物而言對(duì)酚類污染廢水具有更好的降解效果；而且，以Cu-Mn-Zn 復(fù)合金屬氧化物作為催化劑為最優(yōu)選擇，其對(duì)酚類污染廢水中COD 的去除率可達(dá)92.4%，對(duì)揮發(fā)酚的去除率高達(dá)98.5%。