CN105439238A - 一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法 - Google Patents

Abstract

一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法，是在制备PAC-Fe₃O₄复合材料基础上，将改进磁性活性炭吸附工艺和基于Fe₃O₄-H₂O₂的类Fenton技术有效结合，提出一种集吸附-再生一体化系统进行染料废水的处理技术，在处理体系中利用类Fenton技术对吸附后的材料进行同步再生。该方法充分利用PAC-Fe₃O₄复合材料的吸附性能及Fe₃O₄的类Fenton催化剂特性，在材料对染料污染物发挥吸附作用的同时，通过在反应系统中同步投加H₂O₂构成Fe₃O₄-H₂O₂类Fenton体系使材料实现再生，有效提高系统的处理能力，降低处理成本。将纯PAC工艺和常规Fenton工艺的优点有机结合，解决了常规PAC与处理后废水难分离、易流失、无法再生的弊端，以及改进了常规Fenton工艺需持续投加铁盐、产泥量大等问题，具有简单、高效、经济等显著优点，在印染废水处理应用中具有广大的潜在市场。

Description

一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其涉及印染废水处理方法以及吸附材料。

背景技术

印染废水是我国主要的水体污染源之一，具有水量变化大、色度深、碱性大、成分复杂等特点，常规的生物处理法虽处理成本低，但处理过程缓慢，占地面积大，且不能保证印染出水的达标排放；相比而言，物理吸附法在场地需求、操作管理以及处理效果方面均有明显的优势，是印染废水处理的主要技术之一。粉末活性炭是常用的吸附剂，其比表面积大，具有很强的吸附能力，因此被广泛应用于工业废水的深度处理，以保证出水稳定达标排放。但由于粉末活性炭自身粒径小、比重轻的特点，在使用过程中存在与处理后水难以分离、易流失、无法再生、成本高昂等缺点，因此在使用会受到一定限制。随着人们对活性炭的使用需求的上升，粉末活性炭的活化、再生以及难分离等问题也日益引起了人们的关注。已有研究证明，活性炭和其它吸附材料可通过改性研究使它们具备更好的使用性能，包括吸附性能、可回收再利用性能等。近年来，通过在吸附材料上负载磁纳米物质以改善合成材料的吸附性能及磁分离特性是其中的解决途径之一，但往往存在制备条件复杂、难以实现大批量生产等问题，另外，如何实现吸附材料简单、有效的再生手段也是吸附材料改进过程中的要点。

Fenton法是一种不需要高温和高压而且工艺设备简单的均相化学氧化水处理技术，其中Fenton试剂指的是按一定配比组成的亚铁盐和过氧化氢（H₂O₂），H₂O₂为氧化剂，亚铁盐为催化剂。Fenton法目前被广泛地应用于工业废水（如制药废水、印染废水、垃圾渗滤液等）、生活污水和饮用水的处理，均有良好的处理效果，但它仍存在一些缺点，如铁盐催化剂的持续投加及由产生的大量铁泥、反应前后均需调节pH值以及催化剂在处理过程中的损耗。其中该项技术最主要的缺点是在反应结束时回调pH值继而产生大量铁泥，泥的处理和处置成本占到废水处理工程总营运成本的10-50％，因此，减少铁泥的产生很有必要。在Fenton反应过程中使用含铁固体催化剂可避免均相芬顿处理过程中催化剂的不断损耗，例如在非均相Fenton氧化的条件下，将Fe₃O₄应用为催化剂就是一种不错的选择，因为其丰度高、成本低，且具有顺磁性，与处理后废水易于实现分离。此外，Fe₃O₄中包含二价铁和三价铁，具有积极的催化活性。因此，非均相Fenton氧化法是一种很有前途的常规Fenton技术衍生工艺，也称类Fenton技术。

发明内容

本发明针对常规粉末活性炭工艺和Fenton工艺存在的不足，提出一种解决了常规PAC与处理后废水难分离、易流失、无法再生的弊端，以及改进了常规Fenton工艺需持续投加铁盐、产泥量大等问题，具有简单、高效、经济等显著优点的磁性活性炭一体化处理印染废水的方法。

为实现本发明目的，提供了以下技术方案：一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法，其特征在于在印染废水与磁性活性炭吸附反应过程中同步投加H₂O₂构成Fe₃O₄-H₂O₂类Fenton体系，使磁性活性炭实现再生。

作为优选，磁性活性炭为为粉末活性炭：PAC和纳米铁氧化物：Fe₃O₄的复合材料。

作为优选，Fe₃O₄/PAC质量比为2。

作为优选，磁性活性炭采用化学共沉法制作，在Fe³⁺/Fe²⁺(摩尔比)=2反应体系中以粉末活性炭为载体通过投加碱液介质完成反应；

所述Fe³⁺/Fe²⁺(摩尔比)=2反应体系为FeCl3/FeSO4(摩尔比)=2或FeCl3/FeCl2(摩尔比)=2；

所述碱液介质为NaOH；

粉末活性炭为PAC。

作为优选，化学共沉法具体步骤为：

a.将PAC在100℃的温度下，烘箱内烘干24h；

b.将400mLFeCl3（7.8g，28mmol）、FeSO4（3.9g，14mmol）或400mLFeCl3（7.8g，28mmol）、FeCl2（2.8g，14mmol）溶液在50℃的温度下混合，往混合溶液里投加一定量的PAC以控制复合材料中PAC/Fe₃O₄的比例，并持续搅拌，然后往混合液中滴加NaOH溶液（100ml，4mol/l，10min），反应20min；

c.反应结束后混合液静置沉淀30min，去掉上清液，剩余混合液放烘箱过夜烘干；

d.取出材料，将其充分搅碎，用超纯水反复冲洗磁力回收至上清液中性；

e.所得材料放入烘箱烘干至恒重，密封保存。

本发明有益效果：该方法充分利用PAC-Fe₃O₄复合材料的吸附性能及Fe₃O₄的类Fenton催化剂特性，在材料对染料污染物发挥吸附作用的同时，通过在反应系统中同步投加H₂O₂构成Fe₃O₄-H₂O₂类Fenton体系使材料实现再生，有效提高系统的处理能力，降低处理成本。

所用磁性活性炭的制备采用化学共沉法，利用复合材料中Fe₃O₄具有的磁性，复合材料可在外磁场作用下实现快速回收再利用（30s内）。合理控制合成材料中Fe₃O₄/PAC负载比例可有效提升该同步吸附-再生系统对染料废水的处理效能及材料重复使用的稳定性，当复合材料中Fe₃O₄/PAC质量比为2时综合效能达到最佳，在对亚甲基蓝废水的处理过程中，6次重复利用处理效果基本不变，7~9次重复利用处理效果稍有下降。并且，处理过程中整个反应体系没有产生额外的铁泥。本发明将纯PAC工艺和常规Fenton工艺的优点有机结合，解决了常规PAC与处理后废水难分离、易流失、无法再生的弊端，以及改进了常规Fenton工艺需持续投加铁盐、产泥量大等问题，具有简单、高效、经济等显著优点，在印染废水处理应用中具有广大的潜在市场。

附图说明

图1为具有不同Fe₃O₄/PAC比的复合材料对亚甲基蓝染料浓度处理效果对比图。

图2为具有不同Fe₃O₄/PAC比的复合材料对亚甲基蓝COD处理效果对比图。

图3为本发明磁性活性炭重复使用时对亚甲基蓝废水染料浓度处理效果图。

图4为本发明磁性活性炭重复使用时对亚甲基蓝废水COD处理效果图。

具体实施方式

实施例1：一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法，在印染废水与磁性活性炭吸附反应过程中同步投加H₂O₂构成Fe₃O₄-H₂O₂类Fenton体系，使磁性活性炭实现再生。磁性活性炭为为粉末活性炭：PAC和纳米铁氧化物：Fe₃O₄的复合材料。Fe₃O₄/PAC质量比为2。磁性活性炭采用化学共沉法制作，在Fe³⁺/Fe²⁺(摩尔比)=2反应体系中以粉末活性炭为载体通过投加碱液介质完成反应；

所述Fe³⁺/Fe²⁺(摩尔比)=2反应体系为FeCl3/FeSO4(摩尔比)=2或FeCl3/FeCl2(摩尔比)=2；

所述碱液介质为NaOH；

粉末活性炭为PAC。

化学共沉法具体步骤为：

a.将PAC在100℃的温度下，烘箱内烘干24h；

b.将400mLFeCl3（7.8g，28mmol）、FeSO4（3.9g，14mmol）或400mLFeCl3（7.8g，28mmol）、FeCl2（2.8g，14mmol）溶液在50℃的温度下混合，往混合溶液里投加一定量的PAC以控制复合材料中PAC/Fe₃O₄的比例，并持续搅拌，然后往混合液中滴加NaOH溶液（100ml，4mol/l，10min），反应20min；

c.反应结束后混合液静置沉淀30min，去掉上清液，剩余混合液放烘箱过夜烘干；

d.取出材料，将其充分搅碎，用超纯水反复冲洗磁力回收至上清液中性；

e.所得材料放入烘箱烘干至恒重，密封保存。

实施例2：磁性活性炭一体化处理印染废水（亚甲基蓝）的方法：一、在恒温条件下，将500mL一定浓度的亚甲基蓝废水置于恒温水浴锅中机械搅拌，投加一定量的PAC-Fe₃O₄复合材料，调节pH值至设定值，同时投加相应量的H₂O₂，定时取样，测定出水染料浓度及COD值。二、当每一周期实验结束时，采用钕铁硼磁铁将磁性活性炭分离回收，用超纯水适当清洗磁性活性炭，用于下一周期反应。将磁性活性炭重复回收使用9次，测定每一周期出水COD及染料浓度。

图1、2表明当在使用PAC-Fe₃O₄复合材料的系统中同步投加H₂O₂，相比纯复合材料的应用，系统对亚甲基蓝的处理能力大幅度提高，并且，合成材料中Fe₃O₄/PAC的负载比例对亚甲基蓝最终的处理效果基本不影响。

图3、4表明PAC-Fe₃O₄复合材料重复使用时系统处理效果的稳定性，其中，复合材料中Fe₃O₄/PAC质量比为2时处理系统处理亚甲基蓝废水的重复利用效果最佳，前6次重复利用处理效果基本不变，7~9次重复利用处理效果稍有下降。

Claims (5)

1.一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法，其特征在于在印染废水与磁性活性炭吸附反应过程中同步投加H₂O₂构成Fe₃O₄-H₂O₂类Fenton体系，使磁性活性炭实现再生。

2.根据权利要求1所述的一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法，其特征在于磁性活性炭为为粉末活性炭：PAC和纳米铁氧化物：Fe₃O₄的复合材料。

3.根据权利要求2所述的一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法，其特征在于Fe₃O₄/PAC质量比为2。

4.根据权利要求2所述的一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法，其特征在于磁性活性炭采用化学共沉法制作，在Fe³⁺/Fe²⁺(摩尔比)=2反应体系中以粉末活性炭为载体通过投加碱液介质完成反应；

所述Fe³⁺/Fe²⁺(摩尔比)=2反应体系为FeCl3/FeSO4(摩尔比)=2或FeCl3/FeCl2(摩尔比)=2；

所述碱液介质为NaOH；

粉末活性炭为PAC。

5.根据权利要求4所述的一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法，其特征在于化学共沉法具体步骤为：

a.将PAC在100℃的温度下，烘箱内烘干24h；

b.将400mLFeCl3（7.8g，28mmol）、FeSO4（3.9g，14mmol）或400mLFeCl3（7.8g，28mmol）、FeCl2（2.8g，14mmol）溶液在50℃的温度下混合，往混合溶液里投加一定量的PAC以控制复合材料中PAC/Fe₃O₄的比例，并持续搅拌，然后往混合液中滴加NaOH溶液（100ml，4mol/l，10min），反应20min；

c.反应结束后混合液静置沉淀30min，去掉上清液，剩余混合液放烘箱过夜烘干；

d.取出材料，将其充分搅碎，用超纯水反复冲洗磁力回收至上清液中性；

e.所得材料放入烘箱烘干至恒重，密封保存。