一種磁性活性炭一體化處理印染廢水的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水處理領域，尤其涉及印染廢水處理方法以及吸附材料。
【背景技術】
[0002]印染廢水是我國主要的水體污染源之一，具有水量變化大、色度深、堿性大、成分復雜等特點，常規的生物處理法雖處理成本低，但處理過程緩慢，占地面積大，且不能保證印染出水的達標排放;相比而言，物理吸附法在場地需求、操作管理以及處理效果方面均有明顯的優勢，是印染廢水處理的主要技術之一。粉末活性炭是常用的吸附劑，其比表面積大，具有很強的吸附能力，因此被廣泛應用于工業廢水的深度處理，以保證出水穩定達標排放。但由于粉末活性炭自身粒徑小、比重輕的特點，在使用過程中存在與處理后水難以分離、易流失、無法再生、成本高昂等缺點，因此在使用會受到一定限制。隨著人們對活性炭的使用需求的上升，粉末活性炭的活化、再生以及難分離等問題也日益引起了人們的關注。已有研究證明，活性炭和其它吸附材料可通過改性研究使它們具備更好的使用性能，包括吸附性能、可回收再利用性能等。近年來，通過在吸附材料上負載磁納米物質以改善合成材料的吸附性能及磁分離特性是其中的解決途徑之一，但往往存在制備條件復雜、難以實現大批量生產等問題，另外，如何實現吸附材料簡單、有效的再生手段也是吸附材料改進過程中的要點。
[0003]Fenton法是一種不需要高溫和高壓而且工藝設備簡單的均相化學氧化水處理技術，其中Fenton試劑指的是按一定配比組成的亞鐵鹽和過氧化氫(H2O2)，Η2θ2為氧化劑，亞鐵鹽為催化劑。Fenton法目前被廣泛地應用于工業廢水(如制藥廢水、印染廢水、垃圾滲濾液等)、生活污水和飲用水的處理，均有良好的處理效果，但它仍存在一些缺點，如鐵鹽催化劑的持續投加及由產生的大量鐵泥、反應前后均需調節pH值以及催化劑在處理過程中的損耗。其中該項技術最主要的缺點是在反應結束時回調pH值繼而產生大量鐵泥，泥的處理和處置成本占到廢水處理工程總營運成本的10-50%，因此，減少鐵泥的產生很有必要。在Fenton反應過程中使用含鐵固體催化劑可避免均相芬頓處理過程中催化劑的不斷損耗，例如在非均相Fenton氧化的條件下，將Fe304應用為催化劑就是一種不錯的選擇，因為其豐度高、成本低，且具有順磁性，與處理后廢水易于實現分離。此外，Fe304中包含二價鐵和三價鐵，具有積極的催化活性。因此，非均相Fenton氧化法是一種很有前途的常規Fenton技術衍生工藝，也稱類Fenton技術。
【發明內容】
[0004]本發明針對常規粉末活性炭工藝和Fenton工藝存在的不足，提出一種解決了常規PAC與處理后廢水難分離、易流失、無法再生的弊端，以及改進了常規Fenton工藝需持續投加鐵鹽、產泥量大等問題，具有簡單、高效、經濟等顯著優點的磁性活性炭一體化處理印染廢水的方法。
[0005]為實現本發明目的，提供了以下技術方案:一種磁性活性炭一體化處理印染廢水的方法，其特征在于在印染廢水與磁性活性炭吸附反應過程中同步投加H202構成Fe304-H202類Fenton體系，使磁性活性炭實現再生。
[0006]作為優選，磁性活性炭為為粉末活性炭:PAC和納米鐵氧化物:Fe304的復合材料。
[0007]作為優選，Fe304/PAC質量比為2。
[0008]作為優選，磁性活性炭采用化學共沉法制作，在Fe37Fe2+(摩爾比)=2反應體系中以粉末活性炭為載體通過投加堿液介質完成反應；
所述Fe3+/Fe2+(摩爾比)=2反應體系為FeC13/ FeS04(摩爾比)=2或FeC13/ FeC12(摩爾比)=2;
所述堿液介質為NaOH;
粉末活性炭為PAC。
[0009]作為優選，化學共沉法具體步驟為:
a.將PAC在100°C的溫度下，烘箱內烘干24h;
b.將400mLFeC13(7.8g，28mmol)、FeS04(3.9g，14mmol)或400mL FeC13(7.8g，28mmol)、FeC12( 2.8g，14mmol)溶液在50°C的溫度下混合，往混合溶液里投加一定量的PAC以控制復合材料中PAC/Fe304的比例，并持續攪拌，然后往混合液中滴加NaOH溶液(100ml，4mol/l，lOmin)，反應20min;
c.反應結束后混合液靜置沉淀30min，去掉上清液，剩余混合液放烘箱過夜烘干；
d.取出材料，將其充分攪碎，用超純水反復沖洗磁力回收至上清液中性；
e.所得材料放入烘箱烘干至恒重，密封保存。
[0010]本發明有益效果:該方法充分利用PAC-Fe304復合材料的吸附性能及Fe304的類Fenton催化劑特性，在材料對染料污染物發揮吸附作用的同時，通過在反應系統中同步投加H202構成Fe304-H202類Fenton體系使材料實現再生，有效提高系統的處理能力，降低處理成本。
[0011]所用磁性活性炭的制備采用化學共沉法，利用復合材料中Fe304具有的磁性，復合材料可在外磁場作用下實現快速回收再利用(30s內)。合理控制合成材料中Fe304/PAC負載比例可有效提升該同步吸附-再生系統對染料廢水的處理效能及材料重復使用的穩定性，當復合材料中Fe304/PAC質量比為2時綜合效能達到最佳，在對亞甲基藍廢水的處理過程中，6次重復利用處理效果基本不變，7?9次重復利用處理效果稍有下降。并且，處理過程中整個反應體系沒有產生額外的鐵泥。本發明將純PAC工藝和常規Fenton工藝的優點有機結合，解決了常規PAC與處理后廢水難分離、易流失、無法再生的弊端，以及改進了常規Fenton工藝需持續投加鐵鹽、產泥量大等問題，具有簡單、高效、經濟等顯著優點，在印染廢水處理應用中具有廣大的潛在市場。
【附圖說明】
[0012]圖1為具有不同Fe304/PAC比的復合材料對亞甲基藍染料濃度處理效果對比圖。
[0013]圖2為具有不同Fe304/PAC比的復合材料對亞甲基藍C0D處理效果對比圖。
[0014]圖3為本發明磁性活性炭重復使用時對亞甲基藍廢水染料濃度處理效果圖。
[0015]圖4為本發明磁性活性炭重復使用時對亞甲基藍廢水C0D處理效果圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1:一種磁性活性炭一體化處理印染廢水的方法，在印染廢水與磁性活性炭吸附反應過程中同步投加H2O2構成Fe304-H202類Fenton體系，使磁性活性炭實現再生。磁性活性炭為為粉末活性炭:PAC和納米鐵氧化物:Fe304的復合材料。Fe304/PAC質量比為2。磁性活性炭采用化學共沉法制作，在Fe37Fe2+(摩爾比)=2反應體系中以粉末活性炭為載體通過投加堿液介質完成反應；
所述Fe3+/Fe2+(摩爾比)=2反應體系為FeC13/ FeS04(摩爾比)=2或FeC13/ FeC12(摩爾比)=2;
所述堿液介質為NaOH;
粉末活性炭為PAC。
[0017]化學共沉法具體步驟為:
a.將PAC在100°C的溫度下，烘箱內烘干24h;
b.將400mLFeC13(7.8g，28mmol)、FeS04(3.9g，14mmol)或400mL FeC13(7.8g，28mmol)、FeC12( 2.8g，14mmol)溶液在50°C的溫度下混合，往混合溶液里投加一定量的PAC以控制復合材料中PAC/Fe304的比例，并持續攪拌，然后往混合液中滴加NaOH溶液(100ml，4mol/l，lOmin)，反應20min;
c.反應結束后混合液靜置沉淀30min，去掉上清液，剩余混合液放烘箱過夜烘干；
d.取出材料，將其充分攪碎，用超純水反復沖洗磁力回收至上清液中性；
e.所得材料放入烘箱烘干至恒重，密封保存。
[0018]實施例2:磁性活性炭一體化處理印染廢水(亞甲基藍)的方法:一、在恒溫條件下，將500mL—定濃度的亞甲基藍廢水置于恒溫水浴鍋中機械攪拌，投加一定量的PAC-Fe304復合材料，調節pH值至設定值，同時投加相應量的H202，定時取樣，測定出水染料濃度及C0D值。二、當每一周期實驗結束時，采用釹鐵硼磁鐵將磁性活性炭分離回收，用超純水適當清洗磁性活性炭，用于下一周期反應。將磁性活性炭重復回收使用9次，測定每一周期出水C0D及染料濃度。
[0019]圖1、2表明當在使用PAC_Fe304復合材料的系統中同步投加H202，相比純復合材料的應用，系統對亞甲基藍的處理能力大幅度提高，并且，合成材料中Fe304/PAC的負載比例對亞甲基藍最終的處理效果基本不影響。
[0020]圖3、4表明PAC_Fe304復合材料重復使用時系統處理效果的穩定性，其中，復合材料中Fe304/PAC質量比為2時處理系統處理亞甲基藍廢水的重復利用效果最佳，前6次重復利用處理效果基本不變，7?9次重復利用處理效果稍有下降。
【主權項】
1.一種磁性活性炭一體化處理印染廢水的方法，其特征在于在印染廢水與磁性活性炭吸附反應過程中同步投加H2O2構成Fe304-H202類Fenton體系，使磁性活性炭實現再生。2.根據權利要求1所述的一種磁性活性炭一體化處理印染廢水的方法，其特征在于磁性活性炭為為粉末活性炭:PAC和納米鐵氧化物:Fe304的復合材料。3.根據權利要求2所述的一種磁性活性炭一體化處理印染廢水的方法，其特征在于Fe304/PAC質量比為2。4.根據權利要求2所述的一種磁性活性炭一體化處理印染廢水的方法，其特征在于磁性活性炭采用化學共沉法制作，在Fe3+/Fe2+(摩爾比)=2反應體系中以粉末活性炭為載體通過投加堿液介質完成反應； 所述Fe3+/Fe2+(摩爾比)=2反應體系為FeC13/ FeS04(摩爾比)=2或FeC13/ FeC12(摩爾比)=2; 所述堿液介質為NaOH; 粉末活性炭為PAC。5.根據權利要求4所述的一種磁性活性炭一體化處理印染廢水的方法，其特征在于化學共沉法具體步驟為: a.將PAC在100°C的溫度下，烘箱內烘干24h; b.將400mLFeC13(7.8g，28mmol)、FeS04(3.9g，14mmol)或400mL FeC13(7.8g，28mmol)、FeC12( 2.8g，14mmol)溶液在50°C的溫度下混合，往混合溶液里投加一定量的PAC以控制復合材料中PAC/Fe304的比例，并持續攪拌，然后往混合液中滴加NaOH溶液(100ml，4mol/l，lOmin)，反應20min; c.反應結束后混合液靜置沉淀30min，去掉上清液，剩余混合液放烘箱過夜烘干； d.取出材料，將其充分攪碎，用超純水反復沖洗磁力回收至上清液中性； e.所得材料放入烘箱烘干至恒重，密封保存。
【專利摘要】一種磁性活性炭一體化處理印染廢水的方法，是在制備PAC-Fe3O4復合材料基礎上，將改進磁性活性炭吸附工藝和基于Fe3O4-H2O2的類Fenton技術有效結合，提出一種集吸附-再生一體化系統進行染料廢水的處理技術，在處理體系中利用類Fenton技術對吸附后的材料進行同步再生。該方法充分利用PAC-Fe3O4復合材料的吸附性能及Fe3O4的類Fenton催化劑特性，在材料對染料污染物發揮吸附作用的同時，通過在反應系統中同步投加H2O2構成Fe3O4-H2O2類Fenton體系使材料實現再生，有效提高系統的處理能力，降低處理成本。將純PAC工藝和常規Fenton工藝的優點有機結合，解決了常規PAC與處理后廢水難分離、易流失、無法再生的弊端，以及改進了常規Fenton工藝需持續投加鐵鹽、產泥量大等問題，具有簡單、高效、經濟等顯著優點，在印染廢水處理應用中具有廣大的潛在市場。
【IPC分類】B01J20/30, C02F101/38, C02F1/72, C02F1/28, B01J20/20, B01J20/28, C02F103/30
【公開號】CN105439238
【申請號】CN201510569407
【發明人】郭海娟, 周家暉, 馬放
【申請人】哈爾濱工業大學宜興環保研究院, 江蘇哈宜戴沃斯生物技術有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月11日