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铁碳内电解以其在水处理领域优异的性能而广泛应用于各类工业废水处理,同时对其强化措施等的研究亦有报道。本课题旨在通过添加炭基催化剂以提高传统内电解氧化还原能力,并考察了处理硅油废水的效果。其思路是炭基催化剂的制备、表征和用于Fe/AC内电解处理硅油废水等方面,从而有效地评价了催化填料的性能。 首先,研究了水合肼还原法制备炭基催化剂的条件,即在pH=7.0~9.0,温度为80.0℃和时间为2h等反应条件下,分别得到了Cu-AC、Ni-AC、Cu-Ni-AC三种炭基催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征发现:在活性炭表面负载的金属Cu和Ni主要以单质形式存在,其Cu的粒径约为0.2-0.5μm,Ni的粒径是0.2μm左右;由电感耦合等离子发射光谱(ICP)分析了金属负载量,即Cu-AC的载铜量约2.45%,Ni-AC的载镍量为1.76%左右,而Cu-Ni-AC的负载量合计是2.05%;通过对硝基苯酚(4-NP)的还原实验表明,该炭基催化剂具有一定的催化还原能力。其次,探索了催化型铁碳内电解填料的基本性能,在铁碳体积比=1∶1、pH=7.0、反应时间=90 min和曝气量=2.5 L/min等条件下,在Fe/AC内电解体系中,Fe2+和H2O2的量分别仅为9.18 ppm和0.42ppm。相比之下,在Fe/M-AC(M=Cu,Cu-Ni和Ni)内电解体系中,Fe2+溶出量分别达到13.76 ppm、10.89 ppm和9.92 ppm;而H2O2的生成量依次是1.02 ppm、0.74 ppm和0.50 ppm。由此可见,金属改性活性炭与海绵铁组成的内电解体系,其氧化还原能力显著增强。 最后,探讨了Fe/M-AC(M∶ Cu,Cu-Ni和Ni)内电解体系处理硅油废水的效果,即在Fe∶ AC=1∶1(V∶V),固液比为50%,和曝气量为2.5 L/min等条件下运行2h,废水pH为6.0~8.0、COD=758.6 mg/L,分别用Fe/M-AC(M=Cu,Cu-Ni和Ni)内电解体系处理硅油废水,其COD去除率相继达到72.2%、65.9%和62.4%,与Fe/AC内电解体系COD去除率为59.1%相比提高了13.2%、6.8和3.3%。当Fe/Cu-AC内电解体系连续运行6h后发现,废水COD去除率降为62.4%,这意味着Cu溶出,其量在0.20 g左右,且随处理时间延长至12h,废水COD去除效率仅为39.0%,而Cu2+的溶出量升至约0.98 g,表明长期稳定运行效果欠佳。 上述研究结果显示Fe/M-AC内电解技术可在短时间内提高处理废水效率、降低维护成本和保持稳定运行。