CN110790359A - 一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法，将纳米金催化剂加入到碱性造纸废水中，形成分散液；快速连续搅拌或通入氧气，进行分解；所述碱性造纸废水中含有纤维素类有机物，碱性造纸废水的pH为10‑14。纳米金催化剂促进纤维素类有机物与氧气的反应，从而自身产生持续的过氧化氢，促进废水中有机物的化学氧化降解，得到低分子量的醇、有机酸、二氧化碳、水等，纤维素的分解率达到85%以上，即实现了造纸废水的深度处理。同时，该方法工艺流程简单，不需要额外添加其他氧化剂或添加剂，显著降低生产成本，直接在室温空气环境中进行，不引入二次污染。

Description

一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法
技术领域
本发明涉及造纸废水处理领域，尤其涉及一种使用纳米金催化剂在室温条件下对造纸废水进行深度处理的方法。
背景技术
造纸工业是一种重要的化工生产过程，但造纸废水一般含有强碱性、高色度和较大的毒性，对环境造成了严重的污染。目前工业中常使用过氧化氢对造纸废水进行氧化处理，虽然其原料较为环保，但成本较高，因此急需一种易于回收、可循环使用的催化剂材料对造纸废水进行深度处理，减轻生产的环保压力。
目前用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的研究还未见报道。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种处理条件温和、成本低、分解彻底、过程环保、催化剂易回收的分解造纸废水的方法和应用技术。本发明采用具有纳米结构的金材料作为催化剂活性组分，金属氧化物或活性炭作为催化剂载体，在含氧条件下对碱性造纸废水进行处理，金催化剂可以促进造纸废水中纤维素、木质素、半纤维素及醇类等催化分解，直接得到低分子醇类、有机酸、二氧化碳和水，实现造纸废水的深度处理。
本发明的技术方案如下：
一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法，包括步骤如下：将纳米金催化剂加入到碱性造纸废水中，形成分散液；快速连续搅拌或通入氧气，进行分解；所述碱性造纸废水中含有纤维素类有机物，碱性造纸废水的pH为10-14。
所述纤维素类有机物为纤维素、半纤维素和木质素的一种或几种。
所述纳米金催化剂包括活性组分和载体，所述活性组分为纳米金，载体为金属氧化物或活性炭，纳米金的质量百分比浓度为0.5-3%。
所述金属氧化物为氧化硅、氧化钛和氧化铝中的一种或几种。
纳米金的粒径为0.8-10nm，载体粒径为2-100nm。
优选纳米金催化剂在分散液中的质量百分比浓度为0.1-2%。
碱性造纸废水中纤维素类有机物的质量百分比浓度为0.1-10%。
优选分解温度为20-50℃，分解时间为2-48h。
分解过程中，需要的氧气分压强为绝压0.2atm-15atm。
本发明的有益效果是纳米金在碱性条件下催化活性更高，而造纸废水一般为碱性，纳米金催化剂促进纤维素类有机物与氧气的反应，从而自身产生持续的过氧化氢，促进废水中有机物的化学氧化降解，得到低分子量的醇、有机酸、二氧化碳、水等，纤维素的分解率可达到75%以上，即实现了造纸废水的深度处理。该方法工艺流程简单，不需要额外添加其他氧化剂或添加剂，如过氧化氢等，显著降低生产成本，直接在室温空气环境中进行，不引入二次污染，纳米金催化剂易于过滤回收，过程节能环保，具有极高的经济和社会价值。
具体实施方式
以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
加入0.1g HAuCl4·3H2O到3L的去离子水中，加入0.075g聚乙烯醇，然后用0.1mol/L的硼氢化钠进行还原，其中硼氢化钠与金的摩尔比为4:1。然后再加入10g的纳米氧化钛载体，超声半小时后过滤，烘干，即得到粒径约为5nm的纳米金/氧化钛催化剂。
实施例2
加入0.15g HAuCl4·3H2O到3L的去离子水中，加入0.075g聚乙烯醇，然后用0.1mol/L的硼氢化钠进行还原，其中硼氢化钠与金的摩尔比为4:1。然后再加入10g的活性炭载体，超声半小时后过滤，烘干，即得到粒径约为7nm的纳米金/活性炭催化剂。
实施例3
将实施例1得到的纳米金/氧化钛催化剂加入到pH为14、纤维素类有机物的质量百分比浓度为2％的造纸废水中，得到均匀分散液，快速连接搅拌，进行分解；分散液中纳米金/氧化钛催化剂的质量百分比浓度为1％；分解温度为25℃，分解时间为24h；然后过滤，纳米金/氧化钛催化剂干燥收集待回用，滤液（清液）采用液相色谱测定主要生成产物甘油、乳酸、草酸的含量，从而计算纤维素等的分解率。可得纤维素的分解率为92%。并且通过以硫酸氧钛溶液为指示剂，采用紫外可见光分光光度法检测得到，分解过程中产生持续的过氧化氢。
实施例4
将实施例2得到的纳米金/活性炭催化剂加入到pH为14、纤维素类有机物的质量百分比浓度为2％的造纸废水中，得到均匀分散液，快速连续搅拌，进行分解；分散液中催化剂的质量百分比浓度为1％；分解温度为25℃，分解时间为24h；然后过滤，纳米金/活性炭催化剂干燥收集待回用，滤液（清液）通过液相色谱测定主要生成产物甘油、乳酸、草酸的含量，从而计算纤维素等的分解率。可得纤维素的分解率为87%。并且通过硫酸氧钛溶液为指示剂，采用紫外可见光分光光度法检测得到，分解过程中产生持续的过氧化氢。
实施例5
将实施例1得到的纳米金/氧化钛催化剂加入到pH为14、纤维素类有机物的质量百分比浓度为0.1％的造纸废水中，得到均匀分散液，通入氧气，进行分解，分解过程中，氧气分压强为绝压10atm；分散液中纳米金/氧化钛催化剂的质量百分比浓度为1％；分解温度为25℃，分解时间为24h；然后过滤，纳米金/氧化钛催化剂干燥收集待回用，滤液（清液）采用液相色谱测定主要生成产物甘油、乳酸、草酸的含量，从而计算纤维素等的分解率。可得纤维素的分解率为99%。并且通过硫酸氧钛溶液为指示剂，采用紫外可见光分光光度法检测得到，分解过程中产生持续的过氧化氢。
实施例6
将实施例1得到的纳米金/氧化钛催化剂加入到pH为14、纤维素类有机物的质量百分比浓度为10％的造纸废水中，得到均匀分散液，通入氧气，进行分解，分解过程中，氧气分压强为绝压15atm；分散液中纳米金/氧化钛催化剂的质量百分比浓度为1％；分解温度为25℃，分解时间为24h；然后过滤，纳米金/氧化钛催化剂干燥收集待回用，滤液（清液）采用液相色谱测定主要生成产物甘油、乳酸、草酸的含量，从而计算纤维素等的分解率。可得纤维素的分解率为75%。并且通过硫酸氧钛溶液为指示剂，采用紫外可见光分光光度法检测得到，分解过程中产生持续的过氧化氢。
实施例7
将实施例2得到的纳米金/活性炭催化剂加入到pH为14、纤维素类有机物的质量百分比浓度为2％的造纸废水中，得到均匀分散液，快速连续搅拌；分散液中催化剂的质量百分比浓度为2％；分解温度为25℃，分解时间为24h；然后过滤，纳米金/活性炭催化剂干燥收集待回用，滤液（清液）通过液相色谱测定主要生成产物甘油、乳酸、草酸的含量，从而计算纤维素等的分解率。可得纤维素的分解率为95%。并且通过硫酸氧钛溶液为指示剂，采用紫外可见光分光光度法检测得到，分解过程中产生持续的过氧化氢。
实施例8
将实施例2得到的纳米金/活性炭催化剂加入到pH为14、纤维素类有机物的质量百分比浓度为2％的造纸废水中，得到均匀分散液，快速连续搅拌，进行分解；分散液中催化剂的质量百分比浓度为0.1％；分解温度为25℃，分解时间为24h；然后过滤，纳米金/活性炭催化剂干燥收集待回用，滤液（清液）通过液相色谱测定主要生成产物甘油、乳酸、草酸的含量，从而计算纤维素等的分解率。可得纤维素的分解率为78%。并且通过硫酸氧钛溶液为指示剂，采用紫外可见光分光光度法检测得到，分解过程中产生持续的过氧化氢。
实施例9
将实施例1得到的纳米金/氧化钛催化剂加入到pH为10、纤维素类有机物的质量百分比浓度为2％的造纸废水中，得到均匀分散液，快速连接搅拌，进行分解；分散液中纳米金/氧化钛催化剂的质量百分比浓度为1％；分解温度为25℃，分解时间为24h；然后过滤，纳米金/氧化钛催化剂干燥收集待回用，滤液（清液）采用液相色谱测定主要生成产物甘油、乳酸、草酸的含量，从而计算纤维素等的分解率。可得纤维素的分解率为82%。并且通过以硫酸氧钛溶液为指示剂，采用紫外可见光分光光度法检测得到，分解过程中产生持续的过氧化氢。
对比实施例1（非本发明）
将实施例2得到的纳米金/活性炭催化剂加入到pH为2、纤维素类有机物的质量百分比浓度为2％的造纸废水中，得到均匀分散液，快速连续搅拌或通入氧气，进行分解，分解过程中，氧气分压强为绝压1atm-15atm；分散液中催化剂的质量百分比浓度为1％；分解温度为25℃，分解时间为24h；然后过滤，纳米金/活性炭催化剂干燥收集待回用，滤液（清液）通过液相色谱测定得到纤维素的分解率为0%。并且通过硫酸氧钛溶液为指示剂，采用紫外可见光分光光度法检测得到，废水处理过程中并没有过氧化氢产生。

Claims (8)

1.一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法，其特征在于，包括步骤如下：将纳米金催化剂加入到碱性造纸废水中，形成分散液；快速连续搅拌或通入氧气，进行分解；所述碱性造纸废水中含有纤维素类有机物，碱性造纸废水的pH为10-14。
2.如权利要求1所述的一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法，其特征在于，所述纤维素类有机物为纤维素、半纤维素和木质素的一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法，其特征在于，所述纳米金催化剂包括活性组分和载体，所述活性组分为纳米金，载体为金属氧化物或活性炭，纳米金的质量百分比浓度为0.5-3%。
4.如权利要求3所述的一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法，其特征在于，纳米金的粒径为0.8-10nm，载体粒径为2-100nm。
5.如权利要求1所述的一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法，其特征在于，纳米金催化剂在分散液中的质量百分比浓度为0.1-2%。
6.如权利要求1或5所述的一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法，其特征在于，碱性造纸废水中纤维素类有机物的质量百分比浓度为0.1-10%。
7.如权利要求1所述的一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法，其特征在于，分解温度为20-50℃，分解时间为2-48h。
8.如权利要求1所述的一种采用纳米金催化剂处理碱性造纸废水的方法，其特征在于，分解过程中，需要的氧气分压强为绝压0.2atm-15atm。
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