纳米BiFeO3/H2O2体系降解染料废水的研究

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随着染料工业的迅速发展,有效降解染料废水中的有机污染物已成为环境治理中的一个重要课题。经典的Fenton反应虽具有催化效率高、氧化能力强和无毒无害等优点,可以降解水中大多数有毒有害物质,但反应须在酸性条件下(pH<3.0)才能进行完全。实际的废水pH值分布较广,极酸的反应条件需要加入大量的酸,增加反应成本,对环境造成危害,其残留物造成了水体的二次污染。基于这些问题,本文以寻找高效的多相类Fenton试剂为目的,构建了BiFeO3/H2O2体系。以染料废水中常见的孔雀石绿、结晶紫和酸性复红三种有机染料为研究对象,对BiFeO3/H2O2体系处理染料废水进行了可行性研究,主要内容如下:(1)纳米铁酸秘(BiFeO3)颗粒的制备。采用溶胶-凝胶法制备纳米铁酸秘(BiFeO3)颗粒,并对其物相结构及表面形貌进行了表征。由于纳米铁酸秘(BiFeO3)颗粒具有比表面积较大、吸附力强、颗粒分散均匀等特点,能够有效催化活化H2O2,并且易于回收和循环使用,因而,BiFeO3/H2O2体系在降解处理工业染料废水中有很大的应用潜力。(2)纳米BiFeO3/H2O2体系降解三种染料的几种影响因素。以孔雀石绿、结晶紫、酸性复红三种染料为底物,通过单因素实验确定了最佳反应条件,研究发现pH值、催化剂用量、H2O2体积、废水初始浓度和反应温度等因素都对染料的降解产生很大影响。当pH值分别为8.5、8.0、7.5,催化剂的用量分别是0.8g/L、0.6g/L、0.45g/L,H2O2体积百分数分别是1.00%、0.83%、0.65%,初始浓度分别是150mg/L、150mg/L、120mg/L,温度分别是313K、308K、303K时,处理效果最佳,褪色率都能达到99%以上。(3)纳米BiFeO3/H2O2体系降解三种染料的动力学研究。研究了纳米BiFeO3/H2O2体系降解处理三种染料的动力学规律,对不同温度、H2O2初始浓度、纳米BiFeO3初始浓度影响因素下的三种染料表观速率常数进行了线性拟合,发现其符合一级反应模型,在此基础上,分别建立了纳米BiFeO3/H2O2体系降解孔雀石绿、结晶紫、酸性复红的动力学方程:-dc/dt=3.4317×105exp(4.0886×104/RT)·[H2O2]0.4604[BFO]0.4578-dc/dt=2.9539×102exp(2.3771×104/RT)·[H2O2]0.4015[BFO]0.4547-dc/dt=6.1051×102exp(2.3043×104/RT)·[H2O2]0.3229[BFO]0.5211以上实验结果表明,纳米BiFeO3/H2O2体系降解染料废水具有催化剂制备简单、pH范围广、回收容易、可以循环利用、不会造成二次污染等优点,比传统的均相Fenton体系处理染料废水的效果更明显,该体系在染料废水处理领域具有较好的应用前景。
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