蛭石类Fenton氧化降解木素模拟物愈创木酚的研究

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我国造纸工业废水具有水量大,色度高,有机物浓度高等特点,其中造纸废水中造纸木素的降解是造纸废水的处理难点。随着经济的发展,造纸工序越来越复杂,而排放标准越来越严格,对造纸废水的达标排放提出了更高要求。芬顿反应是造纸废水深度处理常用高级氧化技术之一,具有反应速率快、氧化效率高、操作简便等优点,但传统均相芬顿反应在实际应用中具有pH试用范围窄、反应后需处理大量铁泥等缺点,因此对新型环保芬顿催化剂的探索及其性能研究是近年来的研究热点。本文首先以天然环保黏土矿物蛭石替代传统亚铁盐进行了类芬顿试验。通过能谱仪(EDS)、扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪等对天然蛭石的性质进行了表征,结果表明,蛭石中铁元素质量含量比较高,约为13.6%-20.5%,经研磨后的蛭石粒径变小,比表面积增大,微观层状结构中孔结构增多。实验又考察了芬顿反应过程影响因素,如愈创木酚的初始浓度、pH值、H2O2的投加量以及蛭石的投加量等,实验结果表明,当研磨1Omin蛭石投加量2.0g/L、H2O2用量为1.3mmol/L、pH=3的条件下,经180min反应后20mg/L愈创木酚的去除率接近100%。为进一步提高催化效率及增加催化剂的分离效果,以研磨蛭石为载体,通过超声反向共沉淀法对蛭石进行了磁改性,并对制备的催化剂进行了表征及类芬顿氧化降解愈创木酚实验。XRD、激光粒度分析、SEM等表征结果表明,研磨蛭石微孔内部及表面成功载有四氧化三铁颗粒,磁改性蛭石中铁元素含量较未改性蛭石增高,约为39%,该催化剂粒径小,比表面积大,且分散均匀。同时,磁改性蛭石较蛭石具有更好的类芬顿催化能力,在催化剂投加量均为1g/L,H2O2浓度均为1.3mmol/L,pH=3的条件下,磁改性蛭石对愈创木酚的降解速度远快于蛭石类芬顿体系,且在120min可完全去除,TOC去除率也有所提高。最后对类芬顿反应的机理及愈创木酚的降解历程进行了分析。蛭石类芬顿反应体系中蛭石中Fe、Mn、Ti、Cu等具有类芬顿催化能力金属元素经研磨暴露在微粒表面,增加了反应活性位点,提高了电子转移速率,催化H2O2产生·OH增多。磁改性蛭石类芬顿反应体系中,经磁改性后蛭石微孔内部及表面负载的磁性纳米四氧化三铁八面体中同时存在亚铁及三价铁离子在反应过程中可发生可逆的氧化还原反应,从而使类芬顿反应氧化能力提高。通过紫外可见分光光度计、TOC分析仪和高效液相色谱等对愈创木酚的降解历程进行了分析,经过实验结果对比分析结合相关文献的研究结果得到愈创木酚的可能降解途径是:愈创木酚受到强氧化性的羟基自由基·OH的攻击以后,首先是苯环上的羟基及甲氧基被氧化为苯酚、苯等物质,这类物质接着被氧化生成小分子中间产物最终矿化为CO2,H2O。
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