微波促进硅藻土负载LaFeO3-H2O2体系快速催化降解亚甲基蓝印染废水

微波促进硅藻土负载LaFeO3-H2O2体系快速催化降解亚甲基蓝印染废水指导老师：占昌朝答辩人：

A1131杨红玲

专业：

环境工程

论文框架选题目的与意义综述部分实验部分结论致谢（一）选题目的与意义

纺织工业是中国重要的传统工业之一。在工业废水中，印染废水所占的比例较大,工业染料废水不仅色度高，组成成分复杂，而且含有许多大分子结构的有机物及很难利用生物降解的有害物。染料生产的同时又具有品种多、批量少、更新快的特点，致使染料废水很难找到行之有效的处理方法。

本研究旨在探讨利用微波促进硅藻土负载LaFeO3-H2O2体系快速催化降解亚甲基蓝印染废水，为现今工业园区印染废水处理厂有机染料去除提供实验基础与理论依据，有利于净化环境水体有机污染，为工业染料废水处理提供一种新型技术。

（二）综述部分

常见染料废水的处理方法：物理法化学法生物法物理法膜析法：膜析法是利用天然或人工合成膜以外界能量或化学位差作推动力对水溶液中污染物进行分离、分级、提纯、富集、回收从而达到净化废水的目的的方法。

吸附法：指利用多孔性固体与表面活性剂的吸附剂对染料废水接触，染料废水中的有机物和金属离子吸附并富集在其表面，以达到净化水质为目的的一种污水处理方法。萃取法：指某溶剂对污染物有着一定的溶解能力，当其与废水混合，使得大部分的污染物转移到有机相，从废水中分离污染物，以达到净化效果。化学法化学混凝法:化学混凝法主要是通过添加混凝剂处理废水中的

微小悬浮固体和胶体杂质的方法。氧化法：氧化法是目前在含染料废水处理中运用最为广泛一种，主要有：光催化氧化、电化学氧化、声化学氧化、催化湿式氧化、臭氧氧化、芬顿高级氧化。絮凝法：絮凝法主要是通过添加絮凝剂除去废水中无机悬浮物、胶体颗粒物和低浓度有机物的方法。生物法

根据微生物具有繁殖快、来源广、对环境适应性强、易培养、易变异等特点，能比较容易地采集菌种进行培养增殖进行生产，进行驯化，以使其能够适应有毒的工业废水，通过它们的新陈代谢使污水净化。硅藻土的研究现状及运用硅藻土的定义及种类硅藻土的化学组成硅藻土的微孔结构硅藻土在废水处理中的机理微波技术在废水处理中的应用微波加热的原理微波技术在水污染处理中应用

（1）微波的诱导催化技术（2）微波再生技术处理废水（3）微波技术在废水处理中存在的问题（三）实验部分研究内容：

本文研究了微波促进硅藻土负载LaFeO3-H2O2体系快速催化降解亚甲基蓝印染废水的新型处理技术。主要步骤如下:（1）收集相关资料，针对本实验研究的目的进行资料分析，得到一套切实可用的方案。（2）根据确定的方案，进行以硅藻土为负载的LaFeO3催化剂的制备。

进行实验验证pH值、微波功率、反应时间、H2O2的量及硅藻土负载LaFeO3投量对废水脱色效果的影响，确定最适反应条件。（3）比较单独微波处理法、单独LaFeO3处理法、微波-H2O2处理法、微波-LaFeO3@KG、水浴加热-LaFeO3@KG-H2O2处理法、微波-LaFeO3@KG-H2O2处理法处理催化降解亚甲基蓝印染废水的效果。（4）将得到的实验数据进行分析，得出相应的结论。试剂与仪器

仪器:

FA1604N电子天平，可见分光光度计，PHS-3C型pH计，SXHW型磁力恒温搅拌器，上海精密科学仪器有限公司实验采用改造的家用微波炉。试剂:

亚甲基蓝质量浓度为20mg/L、硅藻土（SiO2·nH2O）、硝酸镧（

La(NO3)3·nH2O）、柠檬酸（

C6H8O7·H2O）、HCl、H3PO4、H2O2、等。实验方法

将50ml亚甲基蓝模拟废水加入到100ml的锥形瓶中，调节pH，加入适量的LaFeO3@KG和H2O2处，放入到带有回流装置的微波炉中，设定规定的功率和相应的微波时间，反应完全后取出，呆冷却至室温时开始真空抽滤，滤液放入到磁力恒温搅拌器搅拌一分钟，稀释一定的倍数，用分光光度计在亚甲基蓝最大吸收波长（λ=664nm）处测定降解后吸光度A和初始亚甲基蓝模拟废水溶的吸光度A0，使用公式D%=（A0-A/A0）×100%来计算脱色率。（一）不同初始pH对脱色率的影响

pH为6时，亚甲基蓝溶液的脱色率达到第一个高峰，pH为11的达到第二个高峰。该溶液中，除了H2O2可分解出·OH外，在酸性条件下，溶液中溶出大量的Fe3+，Fe3+与H2O2反应产生Fe2+，Fe2+可催化氧化H2O2生成·OH，而表面催化主要是产生·OH反应，促进亚甲基蓝色度的去除。加上降解前初始溶液的pH也是偏酸性的，所以综合考虑，取溶液初始pH为6。（二）微波功率对亚甲基蓝脱色率的影响

分析左图可以得出，在280W前，随着微波功率升高，甲基橙脱色率也越来越高，在280W到700W之间，甲基橙脱色率变化不大。微波功率越大，温度升高的越快，有碰撞机理可知，温度升高，会增加分子间的有效碰撞，提高LaFeO3催化剂的活性，有利于催化氧化反应的进行，达到最终提高脱色率的效果。

综合考虑经济效益和最终效果，确定微波功率为280W。（三）LaFeO3@KG的投加量对亚甲基蓝脱色率的影响

当LaFeO3@KG催化剂的用量为0.03-0.09g时，随着催化剂投加量的增加，亚甲基蓝脱色率越高，这是因为LaFeO3@KG催化剂的增加可以增强H2O2分解的活性位，溶液中产生更多的羟基自由基，提高了H2O2的利用率。另外，LaFeO3@KG催化剂的增加，为反映体系增加了有效碰撞的机会，使反应进行的更彻底。

当用量达到0.15g以上后，继续增加LaFeO3@KG催化剂用量，亚甲基蓝脱色率变化不明显。综合考虑，LaFeO3@KG的投加量以0.09g为宜。（四）

H2O2的用量对亚甲基蓝脱色率的影响

H2O2的量在0.05mL-0.3mL之间，亚甲基蓝模拟废水的脱色率一直保持上升状态，因为H2O2是产生·OH的主要物质，虽则H2O2的投加量直接影响到·OH的产生，即H2O2的用量越多，反应的速率越快，废水的色度去除率也就增加的越明显。

但当H2O2增加到0.3mL时，亚甲基蓝模拟废水脱色率反而降低，这是由于在催化氧化过程中过量的H2O2与产生的羟基自由基发生反应生成了H2O和O2，消耗了部分·OH，使亚甲基蓝模拟废水脱色率下降。考虑到最终效果及操作的经济性，H2O2的用量以0.15mL为宜。（五）微波时间对亚甲基蓝脱色率的影响

从左图可知，当微波辐射时间为3分钟时，亚甲基蓝模拟废水的脱色率最高，之后，随着时间的增加，脱色率基本趋于稳定，考虑到工作效率与经济效益，确定最佳时间为3min。（六）不同处理方式对亚甲基蓝脱色率的影响

从图中看出，综合使用LaFeO3和硅藻土的脱色效果比单独使用明显高了很多，两者产生了协同作用。微波也有促进硅藻土都LaFeO3的吸附，整个模拟废水处理体系的脱色率高达97.77%，具有很高的研究价值。催化剂的表征催化剂的SEM图：

图1（a）LaFeO3催化剂的SEM图

图1（b）使用前LaFeO3@KG催化剂的SEM图

图1（c）使用后LaFeO3@KG催化剂的SEM图

图1分别经高倍显微镜放大后的的催化剂、使用前过的LaFeO3@KG催化剂、使用后的LaFeO3@KG催化剂的LaFeO3扫描电镜图。图1（a）为LaFeO3的SEM图，可以看出LaFeO3呈无规则球状，表面光滑，呈现三维有序大孔结构，符合钙钛矿型复合氧化物（ABO3）的性质。图1(b)为使用前的LaFeO3@KG的SEM图，可以看出LaFeO3@KG呈块状，表面均匀分布着许多微孔。图1(c)为使用后的LaFeO3@KG的SEM图，可以看出活性炭的表面微孔结构内部填满了LaFeO3。两图对比可看出：负载前后LaFeO3@KG形体几乎一样，没有被破坏。说明负载过程温和，没有对LaFeO3@KG的微孔结构造成影响。

催化剂的EDS表征：

图2(a)LaFeO3催化剂的EDS图

图2(b)使用前LaFeO3@KG催化剂的EDS图

图2(c)使用后LaFeO3@KG催化剂的EDS图

图2是LaFeO3催化剂和LaFeO3@KG催化剂在优化条件使用前后的EDS图，a图谱表明，LaFeO3催化剂的组成元素为Fe、O、La，这与IR的测试结果相同。从b、c图谱看出，LaFeO3@KG催化剂由Fe、La、C、Si、Ca、Mg、O等元素组成，其中的C元素是烘培制取LaFeO3@KG催化剂是柠檬酸没有完全反应，而C元素在处理后增加是因为亚甲基蓝没有反应完全。其余催化剂原子有部分流失，但是总D体是保持稳定，表明LaFeO3@KG催化剂结构稳定，重复使用性能好。

催化剂的IR表征结果：

图3（a）硅藻土的红外光谱

图3(b)处理前后催化剂的红外光谱

图3（a）为硅藻土的红外光谱图，从图中可以看出，位于最高处1429cm-1处峰为-Si-O-Si-(硅氧烷基团)，729cm-1和876cm-1处的峰为SiO-H的基团振动峰。，图3（b）表示催化剂LaFeO3的红外光谱图，a谱线中662cm-1是LaFeO3的特征吸收峰,1111cm-1、1446cm-1分别是Fe-O、La-O键的伸缩振动峰，结果与XRD相同。b、c谱线为处理前后催化剂LaFeO3@KG的红外光谱图，硅藻土在波数为1423cm-1、713cm-1、876cm-1处吸收峰的个数、峰位、半峰宽没有明显变化，此结论与XRD一致。此外，在波数为3696cm-1处的吸收峰为吸附水的O-H伸缩振动峰。

催化剂的XRD表征结果:

左图为处理前后催化剂的XRD图，其中a、b、c分别表示LaFeO3、处理前LaFeO3@KG、处理后LaFeO3@KG的X射线衍射图。从图中可以看到LaFeO3在2θ=22.6°，32.2°，39.6°，46.1°，57.3°，67.3°，76.6°，85.5°处出现特征衍射峰，说明LaFeO3具有较为完整的较完整晶型。LaFeO3与处理前LaFeO3@KG相比，在2θ=29.4,34.2,37.7处出现明显的衍射峰的个数增加、峰位增多，半峰宽加大的现象，这些都是硅藻土负载表现出来的衍射峰。说明处理前后LaFeO3@KG在2θ=22.6°，32.2°，39.6°，46.1°，57.3°，67.3°，76.6°，85.5°处的衍射峰的个数、峰位、半峰宽没有明显变化，说明处理前后，对LaFeO3@KG的粒子大小、结晶度和晶型等没有明显影响。

（四）

结论（1)通过UV-LaFeO3@KG-H2O2的协同作用，催化氧化降解亚甲基蓝模拟废水的实验，探讨了多种因素对亚甲基蓝废水脱色效果的影响，获得了最佳工艺条件：初始pH为6，LaFeO3@KG的投加量为0.09g，H2O2的用量为0.15mL，，在微波辐射条件下，亚甲基蓝的脱色率高达97.77%，该处理印染废水体系具有很高的使用价值。

（2）催化剂LaFeO3@KG具有较好的重复使用性能，使用5次后，亚甲基蓝的脱色率仍高于50%，说明这种催化剂的重复使用性能较好。