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酚类废水,一类含苯酚等化学毒物的有机难降解废水,对人类健康和社会环境具有极大的危害作用,是水体污染的重要来源,具有毒性强、易致癌、致突变、污染范围广的特点,因此,酚类废水高效处理迫在眉睫。利用碳负载活性锰氧化物(MnxOy/C)或Fe0/C纳米复合材料处理有机物废水具有潜在的工业应用价值,因此含酚废水的高效处理技术已成为众多科研工作者的研究热点。MnxOy/C具有高电位锰活性组分和丰富的微孔结构,具有很好的导电性和反应活性位点,是高效处理含苯酚废水的合意材料,但鲜有在对硝基苯酚废水处理中的应用研究。本文以生物质炭为载体,采用过量浸渍法制备MnxOy/C和Fe0/C纳米复合材料,利用XRD、TEM、N2物理吸附等对材料进行表征,并研究反应温度、时间等反应条件改变对复合材料处理模拟有机废水效能的影响规律,结合测试结果,探讨材料活性物组成、结构、织构等对有机废水的作用机制。具体研究内容包括以下方面:(1)以乙酸锰为活性组分前驱体,生物发酵、高温焙烧技术制备的碳材料为载体,通过过量浸渍结合有氧高温碳热还原制备MnxOy/C纳米复合材料,优化MnxOy/C制备条件为:焙烧温度为400℃、焙烧时间为120 min,考察在对硝基苯酚废水处理性能,在反应温度40℃、9%MnxOy/C投加量为1.0 g(锰含量为9%)、反应时间为100 min,模拟废水中对硝基苯酚的去除率达90%。通过对MnxOy/C表征分析:MnxOy/C主要以Mn2O3、Mn3O4、MnO2等+3、+4价态物质存在;主要晶型为四方晶体;存在介孔形态孔道织构特征,材料的孔径和比表面积分别为5.6 nm和325.6 m2/g。9%MnxOy/C去除对硝基苯酚模拟废水符合Langmuir吸附模型,属于单分子层吸附,准二级动力学模型能更好的拟合去除过程;吸附热力学表明,9%MnxOy/C去除对硝基苯酚废水为自发放热反应。(2)以九水硝酸铁为活性组分前驱体,生物发酵、高温焙烧技术制备的碳材料为载体,采用过量浸渍法结合高温限氧碳热还原制备Fe0/C纳米复合材料,优化制备条件:铁的含量为20%、焙烧温度为900℃、焙烧时间为120 min,考察在对硝基苯酚废水处理中性能,在处理温度为40℃、时间为60 min、20%Fe0/C投加量为1.5g,对硝基苯酚的降解率可达98%。通过对Fe0/C纳米复合材料性能分析,生物质碳材料为多层碳结构,铁主要以Fe0的101晶面存在;铁的引入有利于碳材料孔径的增大,且材料主要以介孔形式存在;20%Fe0/C纳米复合材料处理废水中对硝基苯酚的过程符合准二级动力学过程;等温吸附模型符合单分子层吸附的Langmuir吸附模型。(3)选择Fe0/C纳米复合材料为三维填料粒子,进一步研究电促催化条件下,Fe0/C处理对硝基苯酚模拟废水的性能。以BDD电极为阳极,不锈钢电极为阴极,5 g Fe0/C在电压为14 V,电解质溶液浓度为10 g/L的100 mL废水溶液中材料重复8次,降解率仍可达到60%以上。通过比较Fe0/C和MnxOy/C对不同浓度的对硝基苯酚模拟废水的降解效果,结果表明:Fe0/C纳米复合材料具有更高反应活性位能和稳定性。