CN102757122A

CN102757122A - 一种超声波辅助膨润土免合成非均相芬顿处理有机废水的方法

Info

Publication number: CN102757122A
Application number: CN2012102863923A
Authority: CN
Inventors: 马建锋; 李良银; 姚超; 李定龙
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明提供一种超声波辅助膨润土免合成非均相芬顿处理有机废水的方法，步骤如下：1）在废水中直接加入亚铁离子盐、H₂O₂和膨润土，调节pH值到5～6；2）将该废水加入一个超声波反应器中，超声作用1min～5min进行净化处理，同时搅拌，反应完成后沉淀，固液分离，即可完成废水处理。本发明省却原来膨润土负载氧化铁催化剂在应用之前的一系列繁琐的合成步骤；有机废水净化处理时间缩短，效率提高；利用膨润土的阳离子交换特性，在铁离子发挥催化作用的同时将其交换到膨润土层间，避免了铁离子的流失，避免了水中铁离子的污染并提高了重复利用的可能性；利用超声波的分散功能和空化特性使反应在短时间内完成。

Description

一种超声波辅助膨润土免合成非均相芬顿处理有机废水的方法

技术领域

本发明涉及环境污染控制技术领域，尤其涉及一种超声波辅助膨润土免合成非均相芬顿处理有机废水的方法。

背景技术

芬顿（Fenton）试剂一般是指Fe²⁺和H₂O₂构成的氧化体系，由法国科学家H.J.H. Fenton于1894年发明，是一种不需要高温高压，而且设备简单的化学氧化水处理技术。早期芬顿试剂主要应用于有机分析化学和有机合成反应，1964年，Eisenhouser首次将芬顿反应作为废水处理的技术运用，并在苯酚及烷基苯废水处理实验中获得成功。传统的芬顿反应会造成铁离子流失，为解决这个问题，逐步发展起非均相芬顿反应，该反应体系通常是将催化性能最强的铁离子负载到不同的载体上，在保持其催化活性同时获得固-液分离能力、避免二次污染。非均相芬顿反应体系具有反应效率高、有效pH范围宽广以及催化剂可再生利用等优势，是一项极具发展潜力的新型高级氧化工艺。目前，多相芬顿催化降解污染物的过程是：（1）制备催化剂，将铁氧化物负载到活性炭、沸石分子筛、粘土等载体上；（2）催化降解，将负载型催化剂投入有机废水中使用。在该过程中制备催化剂是关键的步骤，首先需要选择合适的载体，要求比表面积大、稳定，并要经过一系列的负载过程，比如在膨润土层间负载氧化铁（Chemosphere.2006,65(7):1249-1255.）在反应的过程中溶解出Fe²⁺，参与芬顿反应。该过程会影响反应速度，并且负载的氧化铁不可能全部溶解，这样会影响反应效率。

膨润土是以蒙脱石（Montmorillonite）为主要矿物的粘土岩。蒙脱石是一种含水的层状铝硅酸盐矿物，由两个硅氧四面体中间夹一个铝（镁）氧（氢氧）八面体组成，属于2：1型的三层粘土矿物。晶层间距离为0.96~2.14nm，这些纳米片层团聚在一起，形成几百纳米到几微米的粘土颗粒。膨润土有很强的阳离子交换能力，在一定的物理-化学条件下，Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、Fe²⁺、Cu²⁺等可相互交换。阳离子交换性是膨润土的重要工艺特性，利用这一特性，可以对膨润土进行改性，如制备膨润土负载催化剂。

超声波与热能、光能、电能不同，超声能量与物质间具有一种独特的作用形式——超声空化。空化过程可以把声场能量集中起来，伴随空化泡崩溃瞬间，在液体中的极小空间内将高度集中的能量释放出来，形成异乎寻常的局部高温（>5000K）、高压（>50MPa）、强冲击波、射流等极端条件，可以将有机大分子化合物分解为环境可以接受的小分子。将超声波协同用于芬顿试剂用于废水处理有一定的效果（如：工业水处理，2007年第7期67-70页），但反应后废水中铁离子无法从被处理的水中分离，铁离子也无法重复利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中膨润土负载芬顿催化剂合成工艺复杂并且处理效率低的不足，提供一种超声波辅助膨润土免合成非均相芬顿处理有机废水的方法。

为解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：一种超声波辅助膨润土免合成非均相芬顿处理有机废水的方法，步骤如下：

1）在废水中直接加入亚铁离子盐、H₂O₂和50~200目的膨润土，调节pH值到5~6；

2）将该废水加入一个超声波反应器中，超声作用1min~5min进行净化处理，同时搅拌，反应完成后，沉淀固液分离，即可完成废水处理。

步骤1）中所述的亚铁离子盐为FeCl₂或FeSO₄。

步骤1）中所述的膨润土和废水的固液质量比为1：1000~10000，亚铁离子电荷摩尔数为所加入膨润土阳离子交换量的50~100%，比如膨润土的阳离子交换量为100 mmol/g，加入的亚铁离子为10 mmol，其电荷为20 mmol，加入的膨润土量为0.2g，膨润土所能交换的阳离子量为20 mmol，刚好能100%交换溶液中所存在的亚铁离子，如果加入的膨润土的量为0.4g，则亚铁离子电荷摩尔数为所加入膨润土阳离子交换量的50%，Fe²⁺与H₂O₂摩尔比为500~1000：1。

步骤2）中所述的超声波作用施加频率为20kHz~120KHz，功率为100W~1200W的超声波。

本发明处理的有机废水的种类广泛，一般的废水都可以处理，包括印染和化工方面的废水等等。

本发明的有益效果是：

（1）省却原来膨润土负载氧化铁催化剂在应用之前的一系列繁琐的合成步骤。

（2）有机废水净化处理时间缩短，效率提高。该过程中相当于在废水中存在均相芬顿催化反应，相比传统非均相芬顿反应速度要提高不少。

（3）利用膨润土的阳离子交换特性，在铁离子发挥催化作用的同时将其交换到膨润土层间，避免了铁离子的流失，避免了水中铁离子的污染并提高了重复利用的可能性。

（4）利用超声波的分散功能和空化特性，可以将膨润土分散到废水中，促进膨润土的阳离子交换，并且超声波的空化特性也参与了有机物的氧化，使反应在短时间内完成。

具体实施方式

以下进一步提供本发明的3个实施例：

实施例1

在1L浓度为30mg/L金橙II废水中直接加入FeCl₂、H₂O₂和200目的膨润土，Fe²⁺：H₂O₂=500：1（摩尔比），亚铁离子电荷摩尔数为所加入膨润土阳离子交换量的50%，膨润土和废水的固液比为1：10000（质量比），调节pH值到6，将该废水加入一个超声波反应器中，施加频率为120KHz，功率为1200W的超声波，超声作用1min进行净化处理，同时搅拌，反应完成后沉淀，固液分离，测定得到的污染物的去除率为98.3%；将分离得到的固体加入到相同量的废水中，再加入相同量的H₂O₂，调节pH值到6，施加相同频率和功率的超声波5min，同时搅拌，反应完成后沉淀，固液分离，测定污染物的去除率为97.5%。

对于同样的废水，在同样条件下，加入FeCl₂和H₂O₂，但未加入膨润土，未施加超声波作用，在相同的1min里，污染物去除率为66.2%，且Fe2+无法重复利用。

实施例2

在1L浓度为30mg/L酸性红废水中直接加入FeSO₄、H₂O₂和50目的膨润土，Fe²⁺：H₂O₂=1000：1（摩尔比），亚铁离子电荷摩尔数为所加入膨润土阳离子交换量的100%，膨润土和废水的固液比为1：1000（质量比），调节pH值到5，将该废水加入一个超声波反应器中，施加频率为20kHz，功率为100W的超声波，超声作用5 min进行净化处理，同时搅拌，反应完成后沉淀，固液分离，测定得到的污染物的去除率为98.6%；将分离得到的固体加入到相同量的废水中，再加入相同量的H₂O₂，调节pH值到5~6，施加的频率为20kHz，功率为500W的超声波1 min，同时搅拌，反应完成后沉淀，固液分离，测定污染物的去除率为96.3%。

对于同样的废水，在同样条件下，加入FeSO₄和H₂O₂，但未加入膨润土，未施加超声波作用，在相同的5 min里，污染物去除率为70.8%，且Fe²⁺无法重复利用。

实施例3

在1L浓度为30mg/L苯酚废水中直接加入FeCl₂、H₂O₂和100目的膨润土，Fe²⁺：H₂O₂=800：1（摩尔比），亚铁离子电荷摩尔数为所加入膨润土阳离子交换量的100%，膨润土和废水的固液比为1：2000（质量比），调节pH值到6，将该废水加入一个超声波反应器中，施加频率为20kHz，功率为800W的超声波，超声作用3 min进行净化处理，同时搅拌，反应完成后沉淀，固液分离，测定得到的污染物的去除率为96.5%；将分离得到的固体加入到相同量的废水中，再加入相同量的H₂O₂，调节pH值到5.5，施加频率为20kHz，功率为800W的超声波4 min，同时搅拌，反应完成后沉淀，固液分离，测定污染物的去除率为94.8%。

对于同样的废水，在同样条件下，加入FeCl₂和H₂O₂，但未加入膨润土，未施加超声波作用，在相同的3 min里，污染物去除率为69.1%，且Fe²⁺无法重复利用。

Claims

1.一种超声波辅助膨润土免合成非均相芬顿处理有机废水的方法，其特征在于：步骤如下：

2.根据权利要求1所述的超声波辅助膨润土免合成非均相芬顿处理有机废水的方法，其特征在于：步骤1）中所述的亚铁离子盐为FeCl₂或FeSO₄。

3.根据权利要求1所述的超声波辅助膨润土免合成非均相芬顿处理有机废水的方法，其特征在于：步骤1）中所述的膨润土和废水的固液质量比为1：1000~10000，亚铁离子电荷摩尔数为所加入膨润土阳离子交换量的50~100%，Fe²⁺与H₂O₂摩尔比为500~1000：1。

4.根据权利要求1所述的超声波辅助膨润土免合成非均相芬顿处理有机废水的方法，其特征在于：步骤2）中所述的超声波作用施加频率为20kHz~120KHz，功率为100W~1200W的超声波。