MgFe204涤纶复合材料的制备及其处理染料废水的研究

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我国水资源短缺,水质污染问题严重。大量工业排放污水增加了水资源的开发利用成本,严重威胁到城市饮水与人身体健康。印染废水污水排放量居于工业废水前列,因其成分复杂、色度深、水质变化大以及生化降解性差的特点而成为难处理废水之一。开发绿色高效的印染废水处理方法对水资源可持续利用具有积极意义。传统的废水处理工艺如物理吸附法、化学沉淀法、生物降解法等存在着染料转移污染、淤泥量大、处理耗时等缺点。本研究以近年来备受关注的催化氧化法为基础,参照诸多研究成果相关文献,制备催化剂纳米磁性材料镁铁氧体(MgFe2O4)及其涤纶复合材料(PET@MgFe2O4),结合芬顿氧化原理,以活性艳红X-3B染料配制模拟废水,引入无污染微波辐照处理染料废水。分析讨论了材料的制备工艺、结构特征、脱色性能、重复使用性以及最佳工艺。研究获得以下结果:(1)以氯化亚铁(FeCl2 · 4H2O)和氯化镁(MgCl2 · 6H2O)化学共沉淀反应,然后高温焙烧可得到纳米磁性MgFe2O4粒子。镁铁元素比1.5:1、焙烧温度400℃制备的MgFe2O4颗粒,其平均粒径144.2nm,具有良好的染料废水脱色性能:0.05g MgFe2O4处理100mg/L的模拟废水100mL,180min时吸附脱色率为42.17%,30min时微波下催化H202氧化降解模拟废水脱色率为88.6%;(2)以碱减量表面处理涤纶为基体,层层负载MgFe2O4粒子,组装制备PET@MgFe2O4,材料拉伸断裂强力损伤受涤纶表面处理工艺、组装层数、组装温度等因素的影响,材料的MgFe2O4负载量随着组装层数的增加而增大,复合材料对模拟废水脱色效果较好;(3)影响模拟废水脱色率的主要因素有催化剂用量、H202用量、微波功率、初始pH值、反应时间等。在微波下催化氧化处理模拟废水的反应体系中,MgFe2O4和PET@MgFe2O4既是吸附剂又是催化剂,MgFe2O4粒子可吸收微波能量在催化剂表面快速形成高温活性位点,加速吸附染料分子的同时催化体系中H202分解,H202分解生成强氧化性羟基自由基加成到染料分子双键上破坏染料分子结构,从而实现了快速高效脱色;(4)响应面法分析预测得到:MgFe2O4微波下催化H202处理模拟废水的反应体系实验最优条件是:模拟废水(100mg/L, 100mL), MgFe2O4用量0.45g,H202用量0.62mL(万分之六),微波功率281.58W,反应时间7.86min,废水脱色率可达到99.87%; PET@MgFe2O4微波下催化H202处理模拟染料废水的最优条件是:模拟废水(50mg/L, 100mL), PET@MgFe2O4组装层数12.07层(2*2cm)、初始pH值1.00、H202用量49.97‰、微波功率298.30、反应时间30min,脱色率94.93%。(5)MgFe2O4和PET@MgFe2O4制备工艺简单、催化脱色性能较好,易回收,重复使用性较好,反应体系无二次污染,试验验证可应用于印染厂废水样的脱色处理,是一种绿色高效的染料废水处理方法。
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