微波耦合磁性复合材料诱导催化降解染料废水的实验研究

发布时间：2017-12-14 14:09

  本文关键词：微波耦合磁性复合材料诱导催化降解染料废水的实验研究

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【摘要】：染料废水具有结构复杂、性质稳定、高化学需氧量的特性,其处理一直以来都是废水处理领域的难点。近年来,微波诱导催化氧化技术在处理染料废水方面得到了广泛研究。本研究通过将不同微波损耗机制的材料进行复合,制备了具有强吸波能力的纳米磁性复合材料作为微波诱导催化反应过程的催化剂。本研究采用微波耦合不同的催化剂对染料废水进行降解和脱色,希望通过实验研究来探究染料降解效果的影响因素,找出高效快速的脱色条件和方法。首先,通过NaBH_4还原法制备了纳米零价铁(nZVI)颗粒。将甲基橙作为模拟有机染料的目标污染物,在pH=7.0和I=0.1条件下,通过改变纳米零价铁粉的投加量和微波功率,研究了甲基橙的降解速率和效率,并且采用指数模型模拟了水中甲基橙的降解过程。通过实验结果发现,与单独使用纳米零价铁情况相比,纳米零价铁与微波联用可在更短的时间内(5min)来实现更高的染料脱除效率。然后,为了改善纳米零价铁易团聚的特性,将其负载到石墨烯上,得到石墨烯负载纳米零价铁(GrFe)磁性复合材料,并且研究了该复合材料在微波诱导下催化氧化降解甲基橙的特征及规律。对微波降解甲基橙的各种实验条件和因素,如石墨烯负载纳米零价铁的投加量、甲基橙初始浓度、微波辐射功率和时间等,进行了系统研究实验。对于初始浓度为50mg/L的甲基橙溶液,当石墨烯负载纳米零价铁样品的投加量为3 g/L,微波功率为720 W,微波辐射时间为5 min时,甲基橙的降解效率为98.1%。一系列实验表明,甲基橙去除效率随着石墨烯负载纳米零价铁的投加量和微波功率的增加而上升,但却随染料初始浓度值的增加而降低。最后,通过使用水热法制备了粉煤灰/CoFe_2O_4磁性复合材料,并研究了其作为催化剂在微波辐射下降解孔雀石绿的效果。采用各种表征手段对样品进行了结构、形貌以及性质分析,如XRF,XRD,SEM,FTIR,BET和VSM等。在初始条件pH=7.0和I=0.1下,研究了催化剂投加量、微波功率以及微波辐射时间对孔雀石绿去除率的影响。对于浓度为25 mg/L的模拟孔雀石绿废水,在催化剂添加量为2 g/L和微波功率为720 W的实验条件下,孔雀石绿溶液的染料降解率可以达到96.7%。微波加热不依赖于介质由外向内的热传导,被加热体系能够迅速吸收微波并将其转换为热能。同时,微波能够诱导强吸波介质迅速升温,进而激发产生强氧化性活性氧,从而促进化学反应进行。因此,本研究为染料废水的处理提供了一种高效、快速、节能的方式,解决催化剂回收问题、并且没有二次污染问题,在有机废水处理中很有应用前景,有利于工业应用。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703;O643.36

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