1、微波誘導活性炭氧化降解陽離子紅GTL廢水的特性張亞平1，蔡慧農1，韋朝海2，林鄭忠1，林錦美11. 集美大學環境工程研究所，福建 廈門 361021，2. 華南理工大學環境科學與工程學院，廣東 廣州 510640摘要：采用微波誘導氧化工藝技術，以活性炭為催化劑，對陽離子紅GTL染料廢水進行氧化處理，考察了活性炭用量、微波功率、反應時間及染料初始質量濃度對陽離子紅GTL去除率的影響，利用SEM/EDS、BET表征了反應前后活性炭的結構及組分變化。結果表明：微波和活性炭具有協同效應；在pH=7.0，活性炭用量4 g，陽離子紅質量濃度為50 mgL-1，微波功率300 W，反應時間4 min的條件下

2、，陽離子紅GTL去除率達到99.4%；活性炭的結構與組分影響陽離子紅GTL的微波處理效果。關鍵詞：水處理；微波誘導氧化工藝；活性炭；染料廢水中圖分類號：X131.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-2175（2008）05-1792-04微波作為一種波長短，頻率高、輻射快的電磁波，已被廣泛應用于工業、農業、醫療、科學研究等領域。研究表明，微波加熱具有選擇性。根據對微波的接受程度不同，一般將物質大致分為微波導體、微波絕緣體和微波吸收體。微波吸收體相當于一種“敏化劑”作催化劑或催化劑載體，就可在微波輻照下實現所謂的微波誘導催化反應1。微波誘導氧化技術在水處理領域的應用研究已成為研究的熱點之一2

3、-6，研究中利用活性炭作為誘導化學反應的催化劑的報道較多7-10，但是對活性炭誘導催化的深層次機理問題還有待于進一步回答。染料廢水主要來源于染料及染料中間體生產行業，其組分復雜、濃度高、色度大，是一類較為難降解的有機廢水。染料作為主要的環境污染物，全世界每年排放到環境中的染料占其生產總量的15%11，偶氮染料是商業產品中最重要的染料系列，占工業應用染料的50%以上12，厭氧環境情況下形成芳胺類化合物具有致癌性，屬于持久性有機污染物。陽離子紅GTL（堿性紅18）作為一種重要的具有代表性的陽離子偶氮染料，廣泛地應用于腈綸及其混紡織物的印染，它的微波處理目前還未見報道，本文利用活性炭作為誘導催化劑降

4、解陽離子紅GTL模擬廢水，嘗試說明陽離子紅GTL的降解效果，進一步闡明活性炭誘導催化的機理。1 實驗部分1.1 儀器與試劑 顆粒活性炭、上海恒信化學試劑有限公司，陽離子紅GTL為化學純，廣東汕頭西隴化工廠；Carry 50 型紫外-可見分光光度計，東南化學儀器有限公司；夏普R-5880型微波爐，pHS-25型數顯pH計，上海精密科學儀器有限公司。1.2 實驗方法取50 ml調好pH值的一定濃度的陽離子紅GTL 模擬廢水倒入錐型瓶中，加入一定量的活性炭，微波輻射一定時間后，冷卻至室溫，溶液補加蒸餾水至50 ml，在530 nm測定其吸光度，計算染料去除率。2 結果與討論2.1 微波活性炭系統降解

5、陽離子紅GTL研究 活性炭用量對陽離子紅GTL去除的影響在pH為7.0，陽離子紅質量濃度為50 mgL-1，微波功率為300 W，反應時間4 min時，考察了活性炭用量對陽離子紅GTL降解的影響，結果見圖1。從圖中可以看出，隨著催化劑用量的增加脫色率逐漸提高，這是因為催化劑的量越多，提供的用于吸附降解有機物的活性點位或“熱點”也越多，當加入量達到4.0 g時，陽離子紅GTL的去除率增加不大。 微波功率對陽離子紅GTL去除的影響 在pH為7.0，陽離子紅質量濃度為50 mgL-1，反應時間4 min，活性炭用量4.0 g時，研究微波功率對陽離子紅降解的影響。結果見圖2。功率增大有助于陽離子紅染料

6、去除，當微波輻射功率為300 W，去除率隨功率提高增幅變化不大，微波功率選為300 W。 反應時間對陽離子紅GTL去除的影響在pH為7.0，陽離子紅質量濃度為50 mgL-1，微波功率為300 W，活性炭用量4.0 g時，研究微波反應時間對陽離子紅降解的影響。結果如圖3所示。微波輻射時間對去除效果有較大影響，隨著時間延長，去除率提高，當輻射時間為4 min時，染料去除率達到99.4%。繼續延長時間，去除率提高不大。圖1 活性炭用量對陽離子紅GTL去除的影響Fig. 1 Effect of activated carbon usage on removal of cationic red GTL

7、圖2 微波功率對陽離子紅GTL去除的影響Fig. 2 Effect of microwave power on removal of cationic red GTL 染料質量濃度對陽離子紅GTL去除的影響 在pH為7.0，微波功率為300 W，活性炭用量4.0 g，反應時間4 min時，研究了染料質量濃度對陽離子紅GTL降解的影響，結果見圖4。隨著染料質量濃度從10提高50 mgL-1，去除率升高，當質量濃度超過50 mgL-1時，去除率下降，這可能是由于吸附氧化的速率匹配問題，當染料質量濃度低時，吸附過程決定反應速率，隨著染料質量濃度增加，吸附速率加大，染料去除率增加，當染料質量濃度超過5

8、0 mgL-1后，氧化速率決定去除效果。因此存在反應的最佳染料質量濃度問題。 不同工藝對陽離子紅GTL 去除的影響圖3 反應時間對陽離子紅GTL去除的影響Fig. 3 Effect of reaction time on removal of cationic red GTL圖4 染料質量濃度對陽離子紅GTL去除的影響Fig.4 Effect of dye concentration on removal of cationic red GTL 圖5 不同工藝對陽離子紅GTL去除的影響Fig. 5 Effect of various process on cationic red GTL re

9、moval 實驗比較了微波單獨處理、微波活性炭工藝、活性炭吸附三種工藝對陽離子紅GTL去除的影響，結果見圖5。結果發現，活性炭吸附去除率為11.7%，單獨微波去除率為34.7%，微波活性炭工藝去除率為99.4%，這說明微波和活性炭聯用存在協同效應，同時發現，將活性炭采用酸處理后，微波活性炭效果變差，可能原因是酸處理去除了活性炭表面的部分金屬離子，導致活性炭微波吸收能力下降。 活性炭重復使用 將活性炭重復利用多次以考察活性炭的重復利用效果，結果見圖6。可見活性炭連續使用14次，去除效果有所下降，但是整體效果都在80%以上，因此可以認為活性炭具有良好的催化活性、穩定性和機械強度。2.2 微波誘導機

10、制討論 為探討活性炭誘導催化機理，將使用前后的活性炭進行了SEM/EDS和BET分析，結果見圖7和表1，2。從圖中可以看出，反應前活性炭孔徑分布比較均勻，未見裸露的大孔，可以看見表面的小顆粒活性炭，反應后，發現小顆粒活性炭脫落，裸露出大孔，通過EDS數據顯示元素鐵和鈣有一定程度的降低。同時BET分析表明，活性炭比表面積有所降低，孔徑尺寸有所增大，二者存在很好的印證，結合活性酸處理后效果變差，我們可以推斷出在微波作用下，活性炭表面和主體構架結合不太緊密的部分脫落，形成大孔，一方面降低活性比表面積，減弱了活性炭的吸附能力，這一點與王金成的研究結果相一致13，同時金屬組分的損失也減弱了活性炭的微波吸

11、收能力，綜合說來，活性炭的吸附能力和吸波能力共同影響染料處理效果，即活性炭的組分與結構影響染料的微波處理效果。表1 活性炭使用前后EDS分析結果Table 1 EDS results of activated carbon before and after useWeight%COAlSiSCaFe反應前49.3930.241.382.131.7512.842.28反應后66.5421.992.062.402.312.981.72表2 活性炭使用前后BET測試結果Table 2 BET results of activated carbon before and after useBET su

12、rface area/(m2g-1)Total pore volume/(cm3g-1)Average pore size/nm反應前7540.066 3.2 反應后7040.066 4.0 3 結論 圖6 活性炭重復使用對陽離子紅GTL去除的影響Fig. 6 Effect of repeated use of activated carbon on cationic red GTL removala 反應前b 反應后圖7 活性炭使用前后的SEM圖像Fig. 7 SEM micrograph of activated carbon before and after use 微波誘導活性炭處理陽

13、離子紅GTL的條件為pH=7.0，活性炭用量4 g，微波功率300 W，反應時間4 min，陽離子紅質量濃度為50 mgL-1，陽離子紅GTL去除率達到99.4%；活性炭的吸附能力和吸波能力共同影響染料處理效果。 參考文獻： 1 張國宇, 王鵬, 姜思鵬, 等. 微波誘導氧化處理雅格素紅BF-3B150%染料廢水的研究J. 環境科學, 2004, 25(增刊): 52-55.Zhang Guoyu, Wang Peng, Jiang Sipeng, et al. Treatment of ARGAZOL BF-3B 150% by microwave induced oxidationJ. E

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23、eristics of cationic red GTL wastewaterby microwave-induced activated carbon oxidation processZhang Yaping1, Cai Huinong, Wei Chaohai2, Lin Zhengzhong1, Lin Jinmei11. Institute of Environmental Engineering, JiMei university, Xiamen, Fujian 361021, China; 2. School of Environmental Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, ChinaAbstract: Cationic red GTL was treated by microwave induced oxidation process, in which activated c