异相Fenton催化剂用于有机废水处理的研究进展

开发高效的Fenton催化剂是Fenton反应发展的关键。异相Fenton催化剂具有pH适用范围广、H2O2利用率高、催化剂易回收等优点,在有机废水处理领域引起人们广泛关注。综述了Fenton反应的基本原理和特点,详细介绍了几种不同类型的异相Fenton催化剂在有机废水处理方面的应用,分析了Fenton反应中的影响因素。最后对异相Fenton催化剂的发展方向提出展望。

混凝-异相Fenton工艺处理渗沥液纳滤浓缩液研究

通过混凝-异相Fenton组合工艺对高有机物含量的垃圾渗沥液纳滤浓缩液进行试验研究.考察不同处理工况对纳滤浓缩液有机物去除效果的影响.并通过正交试验得出组合工艺的最优工况,分析最优工况下出水达标的可行性.对组合工艺在反应过程中溶解性有机质及氮污染物含量的变化情况进行探讨.并分析了组合工艺的药剂投加成本.结果表明:组合工艺对COD去除的最优处理工况为:PFS投加量为6g/L,混凝初始pH值为7,PAM投加量为25mg/L、H_(2)O_(2)与COD质量比为10,Fenton反应初始pH值为4,催化剂与COD质量比为16.在最优工况下COD去除率为98.62%.经组合工艺处理后出水水质可实现达标排放.在反应过程中,混凝单元能够降低异相Fenton单元的处理负荷并保证了组合工艺出水中TN和NH_(4)^(+)-N的达标排放,组合工艺对浓缩液中HA、FA与TON的去除率分别为93.54%、86.80%与83.98%.异相Fenton单元对混凝过程中去除效果稍差的HyI进一步氧化分解而实现COD出水达标,其去除率为86.02%.在最优工况下组合工艺的药剂投加成本为47.10元/t.

钛磁铁矿异相Fenton法对亚甲基蓝模拟废水的脱色研究

本研究运用紫外可见光谱、傅立叶转换红外光谱和13C核磁共振谱以及水相中溶解性有机碳和固相上元素碳分析等技术对钛磁铁矿异相Fenton法脱色亚甲基蓝的过程进行了研究.实验结果表明:钛磁铁矿异相Fenton法对亚甲基蓝的脱色速率远高于磁铁矿;在钛磁铁矿异相Fenton法脱色亚甲基蓝过程中,脱除的亚甲基蓝都已被降解,且钛磁铁矿没有发生相变;虽然钛磁铁矿异相Fenton法不能使亚甲基蓝矿化,但亚甲基蓝结构中的苯环已经被打开.

异相Fenton光催化对有毒有机污染物的降解

以蒙脱石-K10(Montmorillonite K10)作为Fe3+的载体制备异相Fenton催化剂(Mot-Fe),并用此催化剂在可见光(λ>420 nm)照射下研究其降解染料罗丹明B(Rhoda-mine B,RhB)和2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol,DCP)。研究表明,选定的Mot-Fe/H2O2体系能有效地降解RhB,反应300 min脱色完全,总有机碳(TOC)去除率达85.2%,反应过程中主要涉及到.OH自由基的产生和参与。可见光照射下,对DCP/Mot-Fe/H2O2体系,TOC的去除率达到51.6%。催化剂具有比较好的稳定性,能够重复使用。

纳米α-Fe_2O_3/H_2O_2异相Fenton催化降解酸性橙7

以水热法制备纳米α-Fe_2O_3,并应用于异相Fenton体系中催化降解酸性橙7。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)表征样品的结构;在异相Fenton催化体系中,通过优化初始p H、初始底物浓度、双氧水添加量、α-Fe_2O_3添加量、温度,探究合适的催化降解条件,通过多次循环催化对催化剂稳定性进行研究,并通过催化过程中产生的自由基,分析其催化机理。结果表明,α-Fe_2O_3为长约70 nm,宽约20 nm的均匀单一纳米棒。在异相Fenton催化体系中,最佳催化条件为初始p H=3.0,初始底物质量浓度200 mg/L,反应温度为30℃,双氧水的添加量为w(H_2O_2)=1.5%,催化剂α-Fe_2O_3添加量为500 mg/L,在反应120 min时脱色率为98.74%,COD去除率为73%;稳定性良好,铁离子溶出量低于0.8 mg/L,循环实验5次脱色率始终在90%以上;此外,对自由基的研究表明,·OH在本体系降解过程中占主要作用。

异相Fenton试剂-光协同催化降解五氯酚钠的研究

在Fenton试剂-光催化氧化降解五氯酚钠过程中,由于Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)水解,导致光效率降低,五氯苯酚分析困难,并在废水处理过程中引入了新的污染。为了解决这些问题,将Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)分别固载到LS-5000螯合树脂上,与H_2O_2一起构成异相Fenton试剂,进行五氯酚钠的Fenton试剂-光协同催化氧化降解研究。单因素试验表明,光照时间、H_2O_2质量浓度、载Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)螯合树脂用量、PCP-Na初始浓度对五氯酚钠降解率均有影响。正交试验获得降解五氯酚钠的最佳工艺条件为:0.2 g载铁(Ⅱ)螯合树脂、24 μg/mLH_2O_2、16 μg/mL五氯酚钠以及150 min紫外光光照。影响降解的因素按强度由大到小的次序为光照时间、载铁(Ⅱ)螯合树脂质量、五氯酚钠初始质量浓度和H_52O_2质量浓度。Na^+、K^+、Mg^(2+)、Cl^-和SO^(2-)_4等50倍于五氯酚钠质量浓度时,五氯酚钠降解率变化值小于等于±5%。

亚甲基蓝的铁改性膨润土异相Fenton催化降解

制备了异相Fenton催化剂铁改性膨润土(Fe-B),并用于亚甲基蓝(MB)的Fenton氧化降解。考察了制备条件对催化剂性能的影响,采用FTIR、XRD、SEM和EDS对产品进行表征。结果表明,在Fe3+的浓度为1.0 mol/L和固液比为1∶10的条件下制得的产品性能最佳。在pH值3~8内,Fe-B具有高效的催化性能。在初始pH值3、H_2O_210 mmol/L、Fe-B 0.4 g/L、反应温度为30℃、反应时间为40 min的条件下,20 mg/L亚甲基蓝溶液的降解率达到95.82%。Fe-B重复使用性能良好,循环使用5次后,仍具有较高的催化活性。

膨润土负载型催化剂的制备及在亚甲基蓝异相Fenton降解中的应用

以铁改性膨润土(Fe-B)为异相Fenton催化剂,利用FTIR、XRD、SEM和EDS进行了表征,将该催化剂用于亚甲基蓝的Fenton氧化降解,考察了Fenton反应条件对降解效果的影响。结果表明,与原膨润土相比,Fe-B结构疏松,含铁量明显增加。在循环使用5次时仍有较高的催化活性。在pH=3.0~8.0时,Fe-B具有良好的适应性。对于初始pH为6.0、20mg/L的亚甲基蓝溶液,异相Fenton反应的最佳条件为:Fe-B和H2O2用量分别为0.6g/L和10mmol/L,30℃反应70min,亚甲基蓝的降解率达到98.23%。

包覆型绿色合成纳米铁异相Fenton法处理柴油废水

以海藻酸钙包覆的绿色合成纳米铁(CA-ELE-Fe NPs)作为异相Fenton氧化催化剂去除废水中的柴油,考察了CA-ELE-Fe NPs投加量、H_2O_2浓度、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)浓度、溶液初始pH、柴油初始浓度、反应温度等对反应过程的影响.研究结果表明,当柴油废水质量浓度为0.050g·L^(-1),CA-ELE-Fe NPs(以Fe计)投加量为0.440 g·L^(-1),H_2O_2浓度为0.010 mol·L^(-1),SDS投加量为0.005 g·L^(-1),pH值为3.0,振荡速度为250 r·min^(-1),反应温度为30℃时,柴油的去除率可达到80.24%.

异相Fenton催化剂Fe_3O_4@C-FeCo的制备及应用

以金属有机框架(ZIF-67)包裹Fe_3O_4纳米微球为前驱体,随后通过煅烧合成了Fe_3O_4@C-FeCo异相Fenton催化剂,并将合成的Fe_3O_4@C-FeCo进行了XRD衍射分析,X射线光电子能谱分析(XPS),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)结构表征。研究了Fe_3O_4和Fe_3O_4@C-FeCo的异相Fenton催化降解靛蓝二磺酸钠的能力。研究发现,酸性条件有利于异相Fenton催化降解,并且Fe_3O_4@C-FeCo的催化降解能力比Fe_3O_4更好。结果表明,Fe_3O_4@C-FeCo是一个良好的异相Fenton催化剂,有潜在的催化降解有机染料的应用。

草酸强化天然铁矿石异相光助Fenton催化降解萘酚

对安徽马鞍山天然铁矿石的结构与成分进行表征分析,利用响应曲面方法箱线型设计(BBD)评估影响萘酚降解效率因素之间的交互作用,并探讨草酸强化铁矿石异相光助Fenton催化体系的机理.结果显示,马鞍山铁矿石的矿石矿物主要为磁铁矿.性能评价结果显示草酸显著提高铁矿石异相光助Fenton催化性能,萘酚去除率由40%提高至>99%.BBD设计表明影响萘酚降解的主导因素是草酸浓度,其次是H_(2)O_(2)浓度,铁矿石剂量的影响稍小,三者之间均存在交互影响.EPR结果表明草酸的引入可以显著提高体系中的CO_(2)^(•)−和O_(2)^(•)−含量.草酸强化铁矿石异相光助Fenton高效催化降解萘酚主要归因于草酸与铁矿石形成的草酸铁络合物的光分解提高体系中O_(2)•−产量,另一方面光分解产物Fe(Ⅱ)加速Fenton反应产生•OH的速率.研究结果可为绿色环保水污染物控制技术研发提供指导.

异相Fenton试剂催化氧化-混凝沉淀深度处理焦化废水

针对焦化废水二级生化处理出水COD、色度和浊度无法达标的问题,实验研究了异相Fenton试剂催化氧化法和混凝沉淀法以及二者联合深度处理焦化废水的效果,分别探讨了H2O2、FeOOH投加量、初始pH,混凝剂投加量及种类对COD去除的影响,确定了最佳运行条件,采用GC-MS分析了联合工艺对废水中有机物的去除规律。异相Fenton试剂催化氧化静态实验研究表明,当H2O2(10%)投加量为2 mL/300 mL,FeOOH投加量为3 g/L,初始pH为4~6之间,处理效果最佳;混凝沉淀实验中最佳的混凝剂为聚丙烯酰胺阳离子,最佳投加量为8 mg/L。异相Fenton试剂催化氧化-混凝沉淀联合工艺深度处理焦化废水,出水COD基本在90 mg/L左右,浊度为0.8NTU左右,色度为40度以下,满足国家污水综合排放二级标准(GB8978-1996)。GC-MS分析显示,联合工艺能有效减少废水中有机物的种类和浓度,并将废水中长链大分子化合物和杂环化合物分解为短链的小分子化合物,构成联合工艺出水COD的主要是小分子有机物,尤其是卤代烷烃含量较高。

可见光异相photo-Fenton体系降解有机染料橙Ⅱ

通过对分子筛载体的筛选,确定在可见光光催化降解橙Ⅱ(简称Org II)时NaY分子筛为Fe2+的理想载体,并以负载Fe2+的NaY分子筛(简称FeY)为催化剂降解染料橙Ⅱ,研究了H2O2的量、催化剂的量、pH等因素对降解效果的影响及橙Ⅱ降解和H2O2的分解情况,结果表明在选定的Org II/FeY/H2O2可见光照射下,反应210 min橙Ⅱ的脱色率达100%,TOC去除率达63%,催化剂在循环使用至少7次其催化活性基本不变。

树脂负载α-FeOOH异相光Fenton降解水中己烷雌酚

以Amberlite200树脂为载体,在Fe(NO3)3-HNO3体系中恒温水解制备了负载型催化剂α-FeOOH/Resin,以己烷雌酚(HEX)为目标化合物,研究了α-FeOOH/Resin的异相Fenton催化性能.结果表明,α-FeOOH/Resin异相Fenton反应能够有效降解水中的HEX,紫外光和H2O2的协同作用很大程度地提高了降解效率;pH值的降低或初始H2O2浓度的提高,均能增加HEX的降解速率;在中性条件下,HEX的光Fenton降解过程中,溶出的铁元素对降解贡献不大,异相Fenton反应起主导作用;催化剂重复使用后仍具有较好的催化活性和机械强度,说明铁在其表面负载牢固,催化剂具有一定的实用性.

异相Fenton催化水污染控制

高级氧化技术(AOPs)是当前水处理研究领域的热点问题。异相Fenton催化氧化是一种极具代表性的高级氧化技术,其反应过程中产生的羟基自由基(·OH)等活性氧物种可以无选择性地攻击有机污染物,将有机大分子逐步分解为小分子物质,从而达到高效去除废水中有毒有害污染物的目的。相比均相Fenton反应,它具有pH响应范围广、不产生铁泥、催化剂可循环利用等优点。然而,由于固相催化剂的本征特性和局限性,当前所研究的异相Fenton催化剂仍存在中性条件下活性低、过氧化氢(H2O2)利用率低、Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)转化速率不高等问题,难以实现异相Fenton催化在环境修复领域的大规模应用。本文综述了不同活性氧物种参与的异相Fenton反应机理,总结了多种异相Fenton催化剂及其在有机污染物控制方面的应用,为继续开展异相Fenton催化水污染控制研究提供参考。

异相可见光Fenton催化降解罗丹明B的研究

用溶胶凝胶法成功制备了异相可见光Photo-Fenton试剂BiFeO3,并对其形貌等物理化学性质进行表征。考察了异相可见光Fenton体系下罗丹明B的降解情况,2.50h后10mg/L罗丹明B被BiFeO3-Fenton可见光催化并全部降解,证实BiFeO3是很好的异相可见光Photo-Fenton催化剂。利用液相色谱—质谱联用(LC/MS)鉴定分析了罗丹明B降解中间产物,共检测到4种脱乙基产物,初步认为罗丹明B在BiFeO3-H2O2体系下降解主要途径是逐步脱乙基反应。

黄铜矿催化异相类Fenton反应处理染料废水研究

采用异相类Fenton反应处理染料废水,并以均相Fenton反应为对照,考察废水初始p H值、催化剂投加量、H2O2投加浓度和反应时间对处理效果的影响,测定了反应过程中铁离子和剩余H2O2浓度的变化情况。结果表明,对于试验用实际染料废水,均相Fenton反应适宜的p H范围为3～8,七水合硫酸亚铁投加量为2 g/L,H2O2投加浓度为20 mmol/L,反应时间为2 h时,COD去除率与色度去除率最高能达到59.39%和97.71%;异相类Fenton反应在废水初始p H=3时处理效果最佳,黄铜矿投加量为9 g/L,H2O2投加浓度为20 mmol/L,反应时间4 h时,COD去除率与色度去除率分别为56.03%和93.79%。均相和异相类Fenton反应处理染料废水过程中生成的·OH能降解有机污染物。

异相类Fenton催化剂降解废水中抗生素研究进展及发展趋势

水中抗生素具有成分复杂、毒性高和难于生物降解等特点,成为近些年水处理领域的研究热点.均相Fenton氧化技术(Fe^(2+)/H_(2)O_(2)体系)因其反应快速、简单高效而备受青睐.而异相类Fenton氧化技术采用铁基固体催化剂代替液相Fe^(2+),能够有效减少含铁污泥的生成,同时拓宽反应的pH值范围,且催化剂可以回收利用,在近些年得到了快速发展,将其应用于抗生素的降解也取得了理想的效果.从异相类Fenton催化原理出发,综述了异相类Fenton催化剂降解抗生素的研究进展.基于异相类Fenton催化剂的核心问题,重点阐述了改善催化性能的方法、措施以及新的观点.针对异相类Fenton技术降解抗生素存在的问题提出了今后的发展方向.

Cu掺杂对硫化镍精矿制备高效异相类Fenton催化剂(Ni,Mg,Cu)Fe_(2)O_(4)的影响

以硫化镍精矿为原料,采用共沉淀–煅烧法成功制备出Cu掺杂尖晶石铁氧体(Ni,Mg,Cu)Fe_(2)O_(4)异相类Fenton催化剂.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)等手段系统研究了Cu掺杂量对所制备产物微观结构、形貌及催化性能的影响;确立了最优催化体系为光助类Fenton催化体系“(Ni,Mg,Cu)Fe_(2)O_(4)催化剂/H2O2/可见光”,揭示了Cu掺杂对(Mg,Ni)Fe_(2)O_(4)催化活性的增强机制.结果表明:在选定的实验条件下,制备得到的产物均为纯相立方尖晶石铁氧体.当Ni与Cu摩尔比为1∶1时,合成的(Ni,Mg,Cu)Fe_(2)O_(4)在可见光照180 min条件下对质量浓度为10 mg∙L^(−1)的罗丹明B(RhB)溶液的降解率可达94.5%.究其主要原因为:随着Cu掺杂量的增加,占据(Ni,Mg,Cu)Fe_(2)O_(4)八面体位的Fe^(3+)和Cu^(2+)的相对含量增加,即裸露于铁氧体表面的Fe^(3+)和Cu^(2+)数量增多,以及两者的协同作用,加速了羟基自由基(·OH)反应的发生,最终使得RhB溶液的降解效率从73.1%提高至94.5%.

异相类Fenton降解活性艳橙X-GN研究

以偶氮染料活性艳橙X-GN作为降解对象,以共沉淀法制备纳米四氧化三铁颗粒(Fe3O4NPS)为催化剂,并构建了高效Fe3O4NPS/H2O2异相类Fenton体系用于对活性艳橙X-GN降解的降解。实验结果显示:在[Fe3O4NPS]=500 mg/L,[H2O2]=5 mmol/L和pH=7的条件下,Fe3O4NPS/H2O2反应体系对活性艳橙X-GN的降解率高达84.8%,矿化率也达到56.09%。这表明此体系在中性条件下也能够达到较为理想的降解效果,有效拓宽了Fenton反应pH范围。另外,该反应体系的铁离子的溶出浓度为0.231 mg/L,有效减少铁泥产生,材料具有一定稳定性。