CN114653369A - 生物炭基氧化还原介体及其制备方法和应用 - Google Patents
生物炭基氧化还原介体及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114653369A CN114653369A CN202110535139.6A CN202110535139A CN114653369A CN 114653369 A CN114653369 A CN 114653369A CN 202110535139 A CN202110535139 A CN 202110535139A CN 114653369 A CN114653369 A CN 114653369A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- biochar
- based redox
- redox mediator
- azo dye
- anaerobic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000987 azo dye Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 44
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 claims abstract description 17
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910000028 potassium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 235000015497 potassium bicarbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 239000011736 potassium bicarbonate Substances 0.000 claims abstract description 4
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 claims description 11
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- IQFVPQOLBLOTPF-HKXUKFGYSA-L congo red Chemical group [Na+].[Na+].C1=CC=CC2=C(N)C(/N=N/C3=CC=C(C=C3)C3=CC=C(C=C3)/N=N/C3=C(C4=CC=CC=C4C(=C3)S([O-])(=O)=O)N)=CC(S([O-])(=O)=O)=C21 IQFVPQOLBLOTPF-HKXUKFGYSA-L 0.000 claims description 9
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 4
- -1 iron ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 2
- 238000004042 decolorization Methods 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 238000002791 soaking Methods 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 5
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 5
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000001048 orange dye Substances 0.000 description 3
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 3-nitrobicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid Chemical compound C1C2C=CC1C(C(=O)O)C2(C(O)=O)[N+]([O-])=O QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000001044 red dye Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 241001148471 unidentified anaerobic bacterium Species 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/005—Combined electrochemical biological processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/28—Anaerobic digestion processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/40—Organic compounds containing sulfur
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种生物炭基氧化还原介体及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将竹条颗粒、尿素和碳酸氢钾等质量充分混合，在隔绝氧气的条件下，于600～700℃热解2～3h，冷却至室温，洗涤至中性，烘干，得到生物炭，将所述生物炭超声浸渍于氯化铁水溶液中2～3h，过滤，洗涤至中性，烘干，得到所述生物炭基氧化还原介体，本发明采用生物炭基氧化还原介体强化偶氮染料厌氧降解过程，使得厌氧生物降解过程能够高效去除偶氮染料废水中的难降解有机污染物，无二次污染。针对偶氮染料废水，应用本发明的生物炭基氧化还原介体能将脱色率提高至90％以上，COD去除率提高至60％以上。一次投加即可，运行效果稳定。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体来说涉及一种生物炭基氧化还原介体及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济社会的发展及工业化进程的加快，印染废水也不断增加，其中偶氮类约占比75％。印染废水产生量十分巨大并且具有成分复杂、有机物浓度高、可生化性差、生物毒性较高、高色度、水量变化大等特点，如果未进行有效的处理排入外界环境，将会对动植物及生态环境造成破坏，因此开发针对偶氮染料废水的高效处理技术迫在眉睫。
厌氧生物处理技术是在厌氧条件下，利用兼性菌和厌氧菌的代谢作用，对废水中的有机污染物进行生化降解的过程。厌氧生物技术不需要供氧，可大量节省曝气耗能，而且可以生产甲烷等清洁能源，十分适用于高浓度有机废水的处理，尤其是针对偶氮染料废水的处理。但是，由于厌氧反应器中电子传递限制及污染物毒性影响，厌氧处理偶氮染料废水难以达到较好的处理效果。常规厌氧技术处理偶氮染料废水，存在脱色率低和化学需氧量(COD)去除效率低等问题，一般脱色率仅为20％-60％左右，COD去除率一般在40％以下。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物炭基氧化还原介体的制备方法。
本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的生物炭基氧化还原介体，该生物炭基氧化还原介体既高效又价廉。
本发明的另一目的是提供上述生物炭基氧化还原介体在偶氮染料废水厌氧处理中的应用，本发明采用外源投加生物炭基氧化还原介体强化偶氮染料废水的处理效能，生物炭基氧化还原介体在反应过程中起电子穿梭体的作用，对厌氧生物降解偶氮染料废水中的有机污染物(偶氮染料)起到催化作用，加快降解过程，提高有机污染物的去除率。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种生物炭基氧化还原介体的制备方法，包括以下步骤：
1)将竹条颗粒、尿素和碳酸氢钾等质量充分混合，在隔绝氧气的条件下，于600～700℃热解2～3h，冷却至室温，洗涤至中性，烘干，得到生物炭；
在所述步骤1)中，所述竹条颗粒的粒径为50-100目。
在所述步骤1)中，所述竹条颗粒的获得方法为：将竹条于100～105℃烘干20～24h后，粉碎后过筛，得到所述竹条颗粒。
在所述步骤1)中，通过通入氮气实现所述隔绝氧气，通入所述氮气的流量为250～300mL/min。
在所述步骤1)中，所述洗涤为先采用盐酸水溶液，再采用蒸馏水，其中，所述盐酸水溶液的浓度为0.4～0.6mol/L。
在所述步骤1)中，所述烘干的时间为20～24h，温度为100～105℃。
2)将所述生物炭超声浸渍于氯化铁水溶液中2～3h，过滤，洗涤至中性，烘干，得到所述生物炭基氧化还原介体，其中，按质量份数计，所述生物炭和氯化铁水溶液中铁离子的比为1:(0.8～1)。
在所述步骤2)中，所述超声浸渍的频率为40～50kHz，功率为100～150W。
在所述步骤2)中，所述氯化铁水溶液中氯化铁的浓度为0.5～1.0mol/L。
在所述步骤2)中，所述洗涤采用蒸馏水。
在所述步骤2)中，所述烘干的时间为20～24h，温度为100～105℃。
上述制备方法获得的生物炭基氧化还原介体。
上述生物炭基氧化还原介体在偶氮染料废水厌氧处理中的应用。
在上述技术方案中，所述生物炭基氧化还原介体在偶氮染料废水厌氧处理中起电子穿梭体的作用，对厌氧生物降解偶氮染料废水中偶氮染料起到催化作用。
在上述技术方案中，所述生物炭基氧化还原介体的使用方法为：向装载有偶氮染料废水的厌氧反应器中投入所述生物炭基氧化还原介体并与偶氮染料废水和厌氧颗粒污泥充分混合。
在上述技术方案中，所述厌氧反应器每升体积投入所述生物炭基氧化还原介体的质量为0.5-1.0g。
在上述技术方案中，偶氮染料为刚果红或甲基橙。
本发明的有益效果包括：
1.本发明采用生物炭基氧化还原介体强化偶氮染料厌氧降解过程，使得厌氧颗粒污泥中的厌氧生物降解过程能够高效去除偶氮染料废水中的难降解有机污染物，无二次污染。针对偶氮染料废水，应用本发明的生物炭基氧化还原介体能将脱色率提高至90％以上，COD去除率提高至60％以上。一次投加即可，运行效果稳定。
2.本发明的生物炭基氧化还原介体是采用两步制得，首先将氮元素掺杂到生物炭中，氮掺杂增加了生物炭表面的粗糙程度，进而增加了其比表面积；而且提高了材料的石墨化程度和电容性能。铁的改性进一步增加了材料的比表面积及电容性能，同时铁改性增加了材料表面官能团的种类及含量。
3.氮元素和铁元素两步复合改性，层层递进，使得获得的生物炭基氧化还原介体既增加了吸附性能又增加了电子传递能力，非常适合作为厌氧系统中氧化还原介体使用，相比常规氧化还原介体如活性炭、腐殖酸等，强化厌氧反应能力大幅提高。
4.本发明的制备方法具有工艺简单、操作简便、所用化学药品易得价廉，运行成本低，并且容易实现对现有水厂进行升级改造。
附图说明
图1为微观结构图，其中，a为对照案例1所得生物炭，b为实施案例1所得生物炭基氧化还原介体；
图2为实施案例1中生物炭基氧化还原介体和对照案例1所得生物炭的(a)循环伏安测试，(b)恒安充放电测试，(c)交流阻抗测试；
图3为实施案例2与对照案例2的脱色率；
图4为实施案例2与对照案例2的COD去除率；
图5为实施案例3与对照案例3的脱色率；
图6为实施案例3与对照案例3的COD去除率。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
下述实施例中偶氮染料废水(甲基橙)的来源：自行配置，配方如下表：
偶氮染料废水(甲基橙)的配方
下述实施例中偶氮染料废水(刚果红)的来源：自行配置，配方如下表：
偶氮染料废水(刚果红)的配方
实施案例1
一种生物炭基氧化还原介体(Fe-N-BC)的制备方法，包括以下步骤：
1)将干净的竹条于105℃烘干24h后，粉碎后过筛，取50-100目的竹条颗粒，将竹条颗粒、尿素和碳酸氢钾等质量充分混合，通过通入300mL/min的氮气实现隔绝氧气，在隔绝氧气的条件下，于650℃热解2.5h，热解完成后持续通入氮气至冷却至室温20～25℃，先采用0.5mol/L盐酸水溶液清洗3次，再采用蒸馏水清洗多次至中性，105℃烘干24h，得到生物炭；
2)将生物炭超声浸渍于氯化铁水溶液中2h，过滤，采用蒸馏水冲洗3次至中性，105℃烘干24h，得到生物炭基氧化还原介体，其中，按质量份数计，生物炭和氯化铁水溶液中铁离子的比为1:0.8，超声浸渍的频率为50kHz，功率为100W，氯化铁水溶液中氯化铁的浓度为0.8mol/L。
对照案例1
生物炭(BC)的制备方法，包括以下步骤：将干净的竹条于105℃烘干24h后，粉碎后过筛，取50-100目的竹条颗粒，通过通入300mL/min的氮气实现隔绝氧气，在隔绝氧气的条件下，将竹条颗粒于650℃热解2.5h，热解完成后持续通入氮气至冷却至室温20～25℃，先采用0.5mol/L盐酸水溶液清洗3次，再采用蒸馏水清洗多次至中性，105℃烘干24h，得到对照案例1生物炭(BC)。
由图1可以看出，生物炭基氧化还原介体表面孔隙结构比对照案例1所得生物炭(BC)要发达很多。表1列出了生物炭基氧化还原介体的孔结构参数，其比表面积可达485.45m2/g，总孔体积可达0.262cm3/g，其中微孔体积为0.244cm3/g，占比93％，说明生物炭基氧化还原介体表面主要以微孔为主，平均孔径2.24nm。这说明生物炭基氧化还原介体有很强的吸附能力。
表1生物炭基氧化还原介体的孔结构参数表
由图2可以看出，生物炭基氧化还原介体比对照案例1所得生物炭(BC)具有更高的电容性能、更好的充放电性能以及更低的电阻，这说明生物炭基氧化还原介体具有更强的氧化还原能力及电子传递能力(循环伏安测试、恒安充放电测试、交流阻抗测试采用电化学工作站(CH1600E)检测)。
实施案例2～3
生物炭基氧化还原介体在偶氮染料废水厌氧处理中的应用，生物炭基氧化还原介体在偶氮染料废水厌氧处理中起电子穿梭体的作用，对厌氧生物降解1000mg/L的偶氮染料废水中的有机污染物(偶氮染料)起到催化作用。
生物炭基氧化还原介体的使用方法为：向装载有偶氮染料废水的厌氧反应器中投入生物炭基氧化还原介体，厌氧反应器在35℃恒温震荡，使生物炭基氧化还原介体与偶氮染料废水中的厌氧颗粒污泥充分混合。其中，厌氧反应器每升体积投入生物炭基氧化还原介体的质量为0.5g，偶氮染料为刚果红或甲基橙，具体详见表2。
表2
| 实施案例 | 偶氮染料 |
| 实施案例2 | 甲基橙(单偶氮键型染料) |
| 实施案例3 | 刚果红(双偶氮键型染料) |
对照案例2～3
使装载有1000mg/L的偶氮染料废水的厌氧反应器在35℃恒温震荡，其中，偶氮染料为刚果红或甲基橙，具体详见表3。
表3
| 对照案例 | 偶氮染料 |
| 对照案例2 | 甲基橙(单偶氮键型染料) |
| 对照案例3 | 刚果红(双偶氮键型染料) |
在上述实施案例2-3和对照案例2-3中，厌氧反应器采用序批式厌氧反应器，厌氧反应器的有效容积为450mL,其中添加了300mL偶氮染料废水及150mL的厌氧颗粒污泥，厌氧颗粒污泥有机浓度(MLVSS)32g/L，厌氧颗粒污泥取自生产规模的升流式厌氧污泥床(UASB)反应器，厌氧颗粒污泥购买自江西水而立环保科技有限公司。COD和色度的检测方法采用国标方法(GB11914-1989和GB11903-1989)。上述实施案例2～3以及对照案例2～3各设置3个平行的厌氧反应器，所得数据为3个平行的厌氧反应器的平均值±标准差。
COD去除率＝(厌氧反应器的进水COD-厌氧反应器的出水COD)/厌氧反应器的进水COD*100％；
脱色率＝(厌氧反应器的进水色度-厌氧反应器的出水色度)/厌氧反应器的进水色度*100％。
考察实施案例2和对照案例2的脱色率及COD去除率随反应时间的变化规律。如图3所示，对比投加了生物炭基氧化还原介体的厌氧反应器与未投加了生物炭基氧化还原介体的厌氧反应器对偶氮染料废水的脱色效果，得出：本发明对甲基橙染料废水的脱色率从70％提高到了95％(510min)。如图4所示，对比投加了生物炭基氧化还原介体的厌氧反应器与未投加了生物炭基氧化还原介体的厌氧反应器对偶氮染料废水的COD的去除效果，得出：本发明生物炭基氧化还原介体对甲基橙染料废水的COD去除率从58％提高到了80％(510min)。
考察实施案例3和对照案例3的脱色率及COD去除率随反应时间的变化规律。如图5所示，对比投加了生物炭基氧化还原介体的厌氧反应器与未投加了生物炭基氧化还原介体的厌氧反应器对偶氮染料废水的脱色效果，得出：本发明对刚果红染料废水的脱色率从68％提高到了90％(510min)。如图6所示，对比投加了生物炭基氧化还原介体的厌氧反应器与未投加了生物炭基氧化还原介体的厌氧反应器对染料废水的COD的去除效果，得出，本发明生物炭基氧化还原介体对甲基橙染料废水的COD去除率从40％提高到了60％(510min)。
生物炭基氧化还原介体强化偶氮染料废水厌氧处理的作用机制为吸附作用联合电子传递作用，具体为：偶氮染料分子首先被吸附至生物炭基氧化还原介体表面，随后微生物生物炭基氧化还原介体表面将偶氮染料还原，还原过程中生物炭基氧化还原介体表面又可以加快反应过程的电子传递；同时微生物的还原也会对生物炭基氧化还原介体进行再生，释放吸附位点，进一步进行吸附作用。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种生物炭基氧化还原介体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将竹条颗粒、尿素和碳酸氢钾等质量充分混合，在隔绝氧气的条件下，于600～700℃热解2～3h，冷却至室温，洗涤至中性，烘干，得到生物炭；
2)将所述生物炭超声浸渍于氯化铁水溶液中2～3h，过滤，洗涤至中性，烘干，得到所述生物炭基氧化还原介体，其中，按质量份数计，所述生物炭和氯化铁水溶液中铁离子的比为1:(0.8～1)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述竹条颗粒的粒径为50-100目；
在所述步骤1)中，所述竹条颗粒的获得方法为：将竹条于100～105℃烘干20～24h后，粉碎后过筛，得到所述竹条颗粒。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，通过通入氮气实现所述隔绝氧气，通入所述氮气的流量为250～300mL/min；
在所述步骤1)中，所述洗涤为先采用盐酸水溶液，再采用蒸馏水，其中，所述盐酸水溶液的浓度为0.4～0.6mol/L；
在所述步骤1)中，所述烘干的时间为20～24h，温度为100～105℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述超声浸渍的频率为40～50kHz，功率为100～150W；
在所述步骤2)中，所述氯化铁水溶液中氯化铁的浓度为0.5～1.0mol/L；
在所述步骤2)中，所述洗涤采用蒸馏水；
在所述步骤2)中，所述烘干的时间为20～24h，温度为100～105℃。
5.如权利要求1～4中任意一项所述制备方法获得的生物炭基氧化还原介体。
6.如权利要求5所述生物炭基氧化还原介体在偶氮染料废水厌氧处理中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述生物炭基氧化还原介体在偶氮染料废水厌氧处理中起电子穿梭体的作用，对厌氧生物降解偶氮染料废水中偶氮染料起到催化作用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述生物炭基氧化还原介体的使用方法为：向装载有偶氮染料废水的厌氧反应器中投入所述生物炭基氧化还原介体并与偶氮染料废水和和厌氧颗粒污泥充分混合。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述厌氧反应器每升体积投入所述生物炭基氧化还原介体的质量为0.5-1.0g。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，偶氮染料为刚果红或甲基橙。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110535139.6A CN114653369A (zh) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | 生物炭基氧化还原介体及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110535139.6A CN114653369A (zh) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | 生物炭基氧化还原介体及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114653369A true CN114653369A (zh) | 2022-06-24 |
Family
ID=82026006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110535139.6A Pending CN114653369A (zh) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | 生物炭基氧化还原介体及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114653369A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117324022A (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-02 | 安徽大学 | 一种氮掺杂天然生物质载体担载铁基催化剂的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110171876A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-27 | 浙江科技学院 | 一种氮掺杂污泥炭载纳米四氧化三铁的制备方法及其应用 |
| CN111036273A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-21 | 吉林农业大学 | 一种高效降解有机污染物的玉米秸秆生物炭和Bi2WO6光催化剂的制备方法 |
-
2021
- 2021-05-17 CN CN202110535139.6A patent/CN114653369A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110171876A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-27 | 浙江科技学院 | 一种氮掺杂污泥炭载纳米四氧化三铁的制备方法及其应用 |
| CN111036273A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-21 | 吉林农业大学 | 一种高效降解有机污染物的玉米秸秆生物炭和Bi2WO6光催化剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 徐甲强等: "《生物质活性炭催化剂的制备及脱硫应用》", 哈尔滨工业大学出版社, pages: 92 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117324022A (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-02 | 安徽大学 | 一种氮掺杂天然生物质载体担载铁基催化剂的制备方法 |
| CN117324022B (zh) * | 2023-10-09 | 2024-06-04 | 安徽大学 | 一种氮掺杂天然生物质载体担载铁基催化剂的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114230021B (zh) | 一种生物复合填料及其制备方法和应用 | |
| CN102181421A (zh) | 一种利用聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭包埋强化厌氧氨氧化微生物活性的方法 | |
| CN108529747B (zh) | 硝化反硝化同步脱氮方法 | |
| CN110668556B (zh) | 一种可见光催化耦合生物电化学湿地系统及其应用 | |
| CN103272560B (zh) | 一种复合水处理材料及其制备方法 | |
| CN109835897B (zh) | 一种金属/杂原子改性白酒糟基活性炭及其制备方法 | |
| CN106064962A (zh) | 利用污泥和粉煤灰制备催化粒子电极的方法及应用 | |
| CN104437423A (zh) | 一种处理工业废水的厌氧生物流化床混合载体及应用 | |
| CN111661943B (zh) | 沼液综合利用方法 | |
| CN109225187B (zh) | 一种污泥基陶基催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN108928931B (zh) | 一种新型CoFe2O4/CNFs阴极催化膜耦合微生物燃料电池二级串联系统及应用 | |
| CN114653369A (zh) | 生物炭基氧化还原介体及其制备方法和应用 | |
| CN113912182A (zh) | 一种植物基固液混合碳源的应用 | |
| Xin et al. | Packing blockage and power generation of constructed wetland coupled microbial fuel cell systems using biochar as electrode and filler with different ratios | |
| CN109704339B (zh) | 一种利用锰掺杂磁性炭提高暗发酵产氢性能的方法 | |
| CN106040241A (zh) | 一种废弃物沼渣制备非均相Fenton催化剂的方法和应用 | |
| Beya et al. | Modern biotechnological methods in wastewater treatment: a review | |
| CN108314179A (zh) | 强化活性污泥去除污水氮磷和难降解有毒有机物的方法 | |
| CN108002524B (zh) | 一种改性曝气生物滤池复合填料及其制备方法 | |
| CN111498987A (zh) | 一种生活污水原位净化固定化载体及菌剂负载方法 | |
| CN105712468A (zh) | 一种处理难生物降解废水的方法 | |
| CN118255451B (zh) | 一种铁基耦合生态填料及其对尾水的净化方法 | |
| CN115072838B (zh) | 一种单室微生物燃料电池处理垃圾渗滤液混合页岩气返排废水产电的新方法 | |
| CN115010245B (zh) | 一种化工废水处理剂、制备方法及其应用 | |
| CN113057176B (zh) | 一种环境友好型除藻混凝剂的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220624 |