染料是紡織工業(yè)中最重的污染物，作為眾多不同種類的復(fù)雜的高分子量(主要是基于氮的化合物)，本身不能指定為微污染物。但是，它們分解的副產(chǎn)物，苯胺衍生物和萘酸，很可能會(huì)在環(huán)境中積累，這使它們成為可能的微污染物。解決這類廢水的方法是使用催化氧化，首先使用活性炭進(jìn)行吸附過濾，把紡織廢水中的染料和微污染吸附到孔隙中。然后再進(jìn)行催化氧化來分解活性炭吸附的有機(jī)物。

　　由于紡織廢水很多產(chǎn)物比較難處理，所以我們研究測(cè)試了三種類型的異質(zhì)催化劑的催化活性來增強(qiáng)顏色和難處理化合物去除中的臭氧化作用。檢查了三種類型的多相催化劑對(duì)真實(shí)工業(yè)紡織品廢水的催化能力。經(jīng)過臭氧氧化測(cè)試的催化劑為氧化鈦(TiO 2)，活性炭，負(fù)載在活性炭上的鉑。研究了除色和無色耐火副產(chǎn)物的去除效果。對(duì)兩種類型的源自工業(yè)染色的廢水進(jìn)行了檢查，一種是原廢水，另一種是經(jīng)過電凝預(yù)處理后的廢水。

　　紡織廢水處理方法

　　來自紡織廠的紡織廢水被存儲(chǔ)在均衡罐中，并轉(zhuǎn)移到工業(yè)規(guī)模的電凝處理廠。此后，如圖1所示，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了催化臭氧氧化，然后進(jìn)行了吸附階段。單次吸附：在催化臭氧氧化之前，對(duì)于所有催化劑，吸附實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行了30分鐘。將活性炭催化劑直接添加到廢水中。吸附在與臭氧化處理相同的反應(yīng)器中進(jìn)行，但沒有臭氧入口以維持均勻的實(shí)驗(yàn)條件。所有實(shí)驗(yàn)條件與臭氧化處理期間相同。溫度保持穩(wěn)定并且等于23±1℃。活性炭催化臭氧化：使用與吸附和臭氧化相同的反應(yīng)器進(jìn)行催化臭氧化。所有實(shí)驗(yàn)條件與臭氧化處理期間相同。對(duì)于所有催化劑，每次催化劑濃度為0.5g/L。反應(yīng)后，進(jìn)行催化劑的過濾(0.45μm過濾器)。

　　圖1：生產(chǎn)-處理周期-廢水通量。

　　直接從工業(yè)廢水中脫色

　　圖2給出了紡織原料廢水的臭氧化和催化氧化結(jié)果。可以看出，TiO 2，活性炭或載鉑活性炭催化劑均未產(chǎn)生任何可見的催化活性。收集所有催化劑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作為在596 nm處的吸光度值，它對(duì)應(yīng)于活性黑5染料(RB5)的顏色，可以通過相同的趨勢(shì)線粗略地近似(圖2a)。相應(yīng)地，計(jì)算出的除色偽一級(jí)反應(yīng)速率值對(duì)于所有催化劑幾乎都相同，并且不高于單次臭氧化(圖2b)。由于缺乏任何催化劑的催化作用，可以用紡織廢水基質(zhì)來解釋。問題的共同點(diǎn)是催化劑的吸附能力。即使每種測(cè)試的催化劑的特征在于不同類型的吸附活性中心，所有這些催化劑都可能被表面活性劑的殘留物失活，這種表面活性劑通常在紡織品的工業(yè)染色操作中作為助劑使用，并建立了這種催化劑的基質(zhì)。

　　圖2：使用三種類型的催化劑(a)和擬除色率(b)進(jìn)行臭氧氧化和催化臭氧氧化處理期間的原始(未經(jīng)預(yù)處理)工業(yè)廢水。

　　必須了解的是，紡織廢水(染色廢水)是在紡織加工中出現(xiàn)的污染很嚴(yán)重的廢水之一。對(duì)來自棉花反應(yīng)性染色的廢水進(jìn)行了檢查。這意味著可以預(yù)期該廢水的鹽度和堿度極高。另外，在纖維素紡織品的工業(yè)加工中廣泛使用的固著染色法中，必須使用表面活性劑(分散劑，防污劑)。廢水基質(zhì)的組成對(duì)于活性炭催化臭氧化中的催化作用至關(guān)重要。在描述原始廢水的上一節(jié)中可以觀察到缺乏催化活性。電凝預(yù)處理不會(huì)導(dǎo)致可見堿度降低，NaCl含量也不會(huì)顯著變化。然而，電凝有助于表面活性劑的有效凝結(jié)。鐵2+從鋼陽極材料中電化學(xué)洗脫出的離子可能已經(jīng)接管了表面活性劑分子，并通過絮凝物的形成和沉淀有效地去除了它們。因此，在將表面活性劑濃度降低至臨界膠束濃度值以下之后，它失去了膠束形成能力并且不能覆蓋活性炭催化劑的表面。

　　活性炭催化作用的基礎(chǔ)

　　研究了三種類型的催化劑(金屬氧化物，載體上的金屬和活性炭)和兩種類型的廢水(原料和預(yù)處理廢水)進(jìn)行催化臭氧化。通常，在停用催化作用時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)主要問題：

　　(1)確定工藝條件的廢水基質(zhì)。

　　(2)催化劑類型，即污染物(有機(jī)物)或臭氧與催化劑之間相互作用的類型。

　　活性炭載鉑催化劑的催化活性主要由高反應(yīng)性鉑分子決定。金屬在載體上的催化作用被稱為通過從還原形式的金屬進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移而從臭氧中產(chǎn)生羥基自由基。隨后，被氧化的金屬可以暫時(shí)吸附有機(jī)物。接下來，有機(jī)物可能會(huì)被臭氧或羥基自由基氧化，然后副產(chǎn)物以還原形式在金屬中解吸，等待下一個(gè)循環(huán)。在我們的實(shí)驗(yàn)條件下，高活性的鉑粒子很可能立即阻止氯離子和它們的活性顯著下降，催化活性可能是活性炭載體吸附的結(jié)果。

　　對(duì)于除色和無色化合物(副產(chǎn)物)也可以觀察到活性炭的高吸附效率。可以注意到，臭氧化期間的活性炭載體被稱為產(chǎn)生累加結(jié)果。然而，在大多數(shù)情況下，這些結(jié)果被稱為非復(fù)雜對(duì)象，例如苯酚或有機(jī)酸。在我們研究復(fù)雜廢水基質(zhì)的情況下，涉及表面和本體反應(yīng)的雙重交流作用。表面作用由于活性炭的豐富孔隙，因此，臭氧可以與活性炭孔隙充分接觸并與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。靜電π-π相互作用對(duì)于染料分子的吸附過程也可能很重要。因此，通過使有機(jī)物保持在活性表面附近，靜電作用對(duì)于活性炭催化活性可能很重要。

　　實(shí)驗(yàn)得出的主要結(jié)論是，廢水基質(zhì)的不利條件會(huì)嚴(yán)重限制催化作用。當(dāng)考慮到原始廢水時(shí)，可以觀察到催化劑表面的阻塞。當(dāng)紡織廢水通過電凝預(yù)處理降低表面活性劑含量時(shí)，可以觀察到活性炭的催化活性，包括脫色，無色有機(jī)物去除，更高的礦化度和更低的毒性。但是，根據(jù)催化劑類型，可以觀察到各種催化效果。TiO2的催化活性比低。在活性炭載鈀催化劑的情況下，金屬鈀有可能被Cl離子阻塞，并且觀察到的催化作用是由活性炭載體引起的。對(duì)于活性炭顯示出很好的催化活性。該活性與脫色有關(guān)，這意味著與單次臭氧化相比，高分子量的RB5染料分子可以更有效地分解。但是，低分子量無色副產(chǎn)物也可以更有效地去除。

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