生物炭催化过硫酸盐降解偶氮染料废水

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生物炭是近些年的研究热点,它在改良土壤、大气碳库增汇减排以及环境污染控制方面表现了无限的能量。过硫酸盐高级氧化技术是一种基于硫酸根自由基的新型技术,它在难生化有机废水处理领域具有良好的发展前景。活性炭催化过硫酸盐氧化降解有机废水更是一种新的催化方式,近年来刚刚开始研究,效果显著,也是高级氧化技术的研究热点。本文用生物炭(Biochar)在常温常压下直接非均相催化过二硫酸盐(PS),对难生化有机污染物偶氮染料废水金橙Ⅱ(AO7)进行降解,从而发现了一种新的过硫酸盐活化技术—生物炭催化法,并对生物炭和活性炭(AC)的催化性能及各项性质进行比较,目的是开发一种新型的有机废水处理技术。具体研究内容和结果如下:⑴AC和Biochar对AO7的吸附作用:考察了AC和Biochar单独体系吸附AO7的作用,发现活性炭对AO7有很好的吸附作用,12h时脱色率为100%,溶液中几乎没有AO7。而生物炭对AO7几乎没有吸附,48h时溶液的颜色也没什么变化。⑵AC和Biochar催化PS体系降解AO7:研究了Biochar催化PS体系降解AO7的可行性,并对AC和Biochar的催化效果进行对比,考察了Biochar浓度、PS/AO7摩尔比及两者重复利用情况对联合体系的影响。与单独的PS氧化体系(AO748h去除率为60%)和单独的AC吸附体系(AO748h去除率为10%)相比,AC/PS联合体系36h对AO7去除率达到100%,而Biochar/PS体系48h对AO7的降解率也达到80%。这说明AC/PS体系和Biochar/PS体系都具有协同作用,且生物炭也具有催化PS降解水中难生化有机污染物AO7的功能。通过加大生物炭浓度从0.5g/L到5g/L,实验结果表明5g/L的Biochar/PS体系36h对AO7的降解率为95.4%,48h达到了100%,比单独的PS体系降解效率分别高了46%,34.1%。所以过高的生物炭浓度不一定会有更好的催化效果。提高PS/AO7的摩尔比可以加速AO7的降解。当PS/AO7摩尔比从50:1提高到500:1,Biochar/PS联合体系对AO748h的降解率从47.4%提高到了100%。而单独的PS体系的降解效率也有很大程度的提高,从34.6%到99.7%。这说明初始PS浓度提高到一定程度会达到饱和,不会再提高Biochar对PS的催化作用。AC/PS体系中的AC可以重复使用,AC使用一次后AC/PS联合体系对水中AO7的降解效率仍然为98.42%,仍然比单独PS体系的降解效率高33.07%,而比没有使用过的AC/PS联合体系仅仅降低了0.97%。而对BC/PS体系来说,初次使用时对AO7的降解效率为79.14%,使用一次后的降解速率为52.44%,使用两次后为39.29%,且使用一次后BC/PS联合体系对AO7的降解效率已经不及单独的PS体系,因此生物炭的重复利用性不好。⑶AC和Biochar性质的区别:生物炭的结构是片状的,而活性炭则是块状的;在孔的数量和深度方面,生物炭明显不如活性炭;生物炭使用一次后表面的孔变化不大,但是使用三次后,几乎所有的孔都被堵塞了,而使用前后活性炭的表面结构基本上没有什么变化。在元素含量方面,使用后活性炭和生物炭的元素含量都有一定程度的减少。且活性炭C、N、S含量明显高于松木生物炭,而H含量则又相对低于生物炭。生物炭有很高的H/C原子比,含有更多的原始有机质,而AC的碳化程度则相对来说更高些。生物炭的光谱有更多的吸收峰。
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