活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　染料是纺织工业中最重的污染物，作为众多不同种类的复杂的高分子量(主要是基于氮的化合物)，本身不能指定为微污染物。但是，它们分解的副产物，苯胺衍生物和萘酸，很可能会在环境中积累，这使它们成为可能的微污染物。解决这类废水的方法是使用催化氧化，首先使用活性炭进行吸附过滤，把纺织废水中的染料和微污染吸附到孔隙中。然后再进行催化氧化来分解活性炭吸附的有机物。

　　由于纺织废水很多产物比较难处理，所以我们研究测试了三种类型的异质催化剂的催化活性来增强颜色和难处理化合物去除中的臭氧化作用。检查了三种类型的多相催化剂对真实工业纺织品废水的催化能力。经过臭氧氧化测试的催化剂为氧化钛(TiO 2)，活性炭，负载在活性炭上的铂。研究了除色和无色耐火副产物的去除效果。对两种类型的源自工业染色的废水进行了检查，一种是原废水，另一种是经过电凝预处理后的废水。

　　纺织废水处理方法

　　来自纺织厂的纺织废水被存储在均衡罐中，并转移到工业规模的电凝处理厂。此后，如图1所示，在实验室中进行了催化臭氧氧化，然后进行了吸附阶段。单次吸附：在催化臭氧氧化之前，对于所有催化剂，吸附实验均进行了30分钟。将活性炭催化剂直接添加到废水中。吸附在与臭氧化处理相同的反应器中进行，但没有臭氧入口以维持均匀的实验条件。所有实验条件与臭氧化处理期间相同。温度保持稳定并且等于23±1℃。活性炭催化臭氧化：使用与吸附和臭氧化相同的反应器进行催化臭氧化。所有实验条件与臭氧化处理期间相同。对于所有催化剂，每次催化剂浓度为0.5g/L。反应后，进行催化剂的过滤(0.45μm过滤器)。

　　图1：生产-处理周期-废水通量。

　　直接从工业废水中脱色

　　图2给出了纺织原料废水的臭氧化和催化氧化结果。可以看出，TiO 2，活性炭或载铂活性炭催化剂均未产生任何可见的催化活性。收集所有催化剂的实验数据，作为在596 nm处的吸光度值，它对应于活性黑5染料(RB5)的颜色，可以通过相同的趋势线粗略地近似(图2a)。相应地，计算出的除色伪一级反应速率值对于所有催化剂几乎都相同，并且不高于单次臭氧化(图2b)。由于缺乏任何催化剂的催化作用，可以用纺织废水基质来解释。问题的共同点是催化剂的吸附能力。即使每种测试的催化剂的特征在于不同类型的吸附活性中心，所有这些催化剂都可能被表面活性剂的残留物失活，这种表面活性剂通常在纺织品的工业染色操作中作为助剂使用，并建立了这种催化剂的基质。

　　图2：使用三种类型的催化剂(a)和拟除色率(b)进行臭氧氧化和催化臭氧氧化处理期间的原始(未经预处理)工业废水。

　　必须了解的是，纺织废水(染色废水)是在纺织加工中出现的污染很严重的废水之一。对来自棉花反应性染色的废水进行了检查。这意味着可以预期该废水的盐度和碱度极高。另外，在纤维素纺织品的工业加工中广泛使用的固着染色法中，必须使用表面活性剂(分散剂，防污剂)。废水基质的组成对于活性炭催化臭氧化中的催化作用至关重要。在描述原始废水的上一节中可以观察到缺乏催化活性。电凝预处理不会导致可见碱度降低，NaCl含量也不会显着变化。然而，电凝有助于表面活性剂的有效凝结。铁2+从钢阳极材料中电化学洗脱出的离子可能已经接管了表面活性剂分子，并通过絮凝物的形成和沉淀有效地去除了它们。因此，在将表面活性剂浓度降低至临界胶束浓度值以下之后，它失去了胶束形成能力并且不能覆盖活性炭催化剂的表面。

　　活性炭催化作用的基础

　　研究了三种类型的催化剂(金属氧化物，载体上的金属和活性炭)和两种类型的废水(原料和预处理废水)进行催化臭氧化。通常，在停用催化作用时应考虑两个主要问题：

　　(1)确定工艺条件的废水基质。

　　(2)催化剂类型，即污染物(有机物)或臭氧与催化剂之间相互作用的类型。

　　活性炭载铂催化剂的催化活性主要由高反应性铂分子决定。金属在载体上的催化作用被称为通过从还原形式的金属进行电子转移而从臭氧中产生羟基自由基。随后，被氧化的金属可以暂时吸附有机物。接下来，有机物可能会被臭氧或羟基自由基氧化，然后副产物以还原形式在金属中解吸，等待下一个循环。在我们的实验条件下，高活性的铂粒子很可能立即阻止氯离子和它们的活性显着下降，催化活性可能是活性炭载体吸附的结果。

　　对于除色和无色化合物(副产物)也可以观察到活性炭的高吸附效率。可以注意到，臭氧化期间的活性炭载体被称为产生累加结果。然而，在大多数情况下，这些结果被称为非复杂对象，例如苯酚或有机酸。在我们研究复杂废水基质的情况下，涉及表面和本体反应的双重交流作用。表面作用由于活性炭的丰富孔隙，因此，臭氧可以与活性炭孔隙充分接触并与有机物发生反应。静电π-π相互作用对于染料分子的吸附过程也可能很重要。因此，通过使有机物保持在活性表面附近，静电作用对于活性炭催化活性可能很重要。

　　实验得出的主要结论是，废水基质的不利条件会严重限制催化作用。当考虑到原始废水时，可以观察到催化剂表面的阻塞。当纺织废水通过电凝预处理降低表面活性剂含量时，可以观察到活性炭的催化活性，包括脱色，无色有机物去除，更高的矿化度和更低的毒性。但是，根据催化剂类型，可以观察到各种催化效果。TiO2的催化活性比低。在活性炭载钯催化剂的情况下，金属钯有可能被Cl离子阻塞，并且观察到的催化作用是由活性炭载体引起的。对于活性炭显示出很好的催化活性。该活性与脱色有关，这意味着与单次臭氧化相比，高分子量的RB5染料分子可以更有效地分解。但是，低分子量无色副产物也可以更有效地去除。

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