纳米铁酸盐与活性载体吸附降解富COD工业废水的研究

论文摘要

印刷电路板行业（PCB）是一门重要的电子工业行业,在电子设备等领域有着广泛的应用,目前在我国处于黄金发展期。在PCB的生产过程中产生各种废水,其中影响转移工序过程中产生的退膜显影液是一种高浓度的有机物污染废水,其化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）值极高,处理非常困难,目前一般以酸化的方法对其进行处理,效果甚不理想,还难以达到国家的污水排放标准。活性炭由于其具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积,是一种吸附性能极强的炭质吸附剂,在水处理等方面有广泛的应用。目前制备活性炭主要采用木材为原材料,造成了大量森林的破坏,而目前我国普遍存在的农业废弃物稻壳等,由于其含碳量较高,经过处理后也可制备成高性能的活性炭。由于纳米材料具备许多块体材料所不具备的特殊效应如表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应、库仑阻塞效应等,从而具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性等,目前在催化、光学等领域已有十分普遍的应用前景;纳米技术是目前的一个研究热点。铁氧体是以铁（Ⅲ）氧化物为主体的复合氧化物,其中尖晶石型铁氧体己在催化、微波吸收等领域有着越来越多的应用,其对有机物的催化氧化降解作用得到了越来越多的研究。本论文通过高温炭化活化法,以农业废弃物稻壳制备了具有高比表面积和多孔隙的活性载体（Active Carrier）,并通过热共熔法在活性载体上分别搭载了各种纳米级别的铁氧体（Ferrite）（铁酸锰MnFe2O4,铁酸钴CoFe2O4,氮气保护下制备的铁酸锰）,并尝试了将稀土元素铈掺杂进入铁氧体晶格中。X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）结果都表明在活性载体上成功搭载了纳米级的铁氧体颗粒,而稀土掺杂的实验效果不理想,这有待于在实验中进一步提高。通过研究活性载体及活性载体搭载铁氧体（Ferrite On Active Carrier,FAC）对深圳恩达电路有限公司提供的退膜显影液废水COD的影响,比较了不同种铁氧体处理废水能力的差异,并论述了稀土元素的存在对样品性能的影响。我们还通过一系列用量对比实验及时间对比实验,得出了在处理废水COD的过程中,活性载体搭载铁氧体的最佳用量、微波处理的最佳时长,并比较了鼓入空气与微波处理效果的差异。具体结果如下:1、活性载体及活性载体搭载铁氧体均能高效的降低退膜显影液废水中的COD值,其COD去除率均可达65%以上。活性载体以吸附作用起效,而活性载体搭载铁氧体兼具吸附与催化降解的作用,在吸附富COD物质的同时,纳米铁氧体对有机物进行催化氧化。相比于活性载体单一的吸附作用,活性载体搭载铁氧体具有更好的应用前景;2、活性载体分别搭载铁酸锰与铁酸钴后,其处理废水效果相差很少,稀土元素的加入也未有明显的促进作用,考虑到硝酸钴及硝酸亚铈的价格高出硝酸锰近5-10倍,活性载体搭载铁酸锰是处理富COD废水的最佳选择;3、处理后废水中的COD值并未随着活性载体搭载铁氧体用量的增大而显著变化。活性载体搭载铁氧体与待处理废水的固液比为3:200时其处理最佳,废水中COD值可下降70%以上;4、以微波加热为辅助处理条件下,废水中的COD值在前6分钟下降较快,而随着时间的增加,COD下降值变化不大。因此,以微波为辅助处理条件时,处理最佳时间为6分钟;5、在以通空气为辅助处理条件的情况下,废水中的COD值前6分钟急剧下降,超过6分钟后又缓慢上升。因此,以通空气为辅助处理条件时,6分钟也是最佳的选择;6、本论文制备的活性载体搭载铁氧体可循环再生使用数次,这大大提高了利用率,减少了成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 工业废水概述
• 1.2.1 工业废水来源
• 1.2.2 废水的组成和特性
• 1.3 研究目的
• 第二章 理论基础
• 2.1 活性炭及铁氧体
• 2.1.1 活性炭的特性
• 2.1.2 活性炭的应用
• 2.1.3 活性炭的制备
• 2.1.4 铁氧体的研究现状
• 2.2 目前PCB工业废水的处理方式及比较
• 2.3 纳米材料的特性及应用
• 2.3.1 纳米材料的特性
• 2.3.2 纳米材料的制备方法
• 2.3.3 纳米材料的应用
• 第三章 活性载体及活性载体搭载铁氧体的制备
• 3.1 试剂与仪器
• 3.1.1 试剂
• 3.1.2 仪器
• 3.2 活性载体的制备与表征
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 产物的结构与形貌表征
• 3.3 活性载体搭载铁酸锰的制备与表征
• 3.3.1 制备方法
• 3.3.2 产物结构和形貌的表征
• 3.4 活性载体搭载铁酸钴的制备与表征
• 3.4.1 实验方法
• 3.4.2 产物的结构与形貌表征
• 3.5 稀土掺杂实验的尝试
• 3.5.1 活性载体搭载稀土掺杂铁酸锰
• 3.5.2 活性载体搭载稀土掺杂铁酸钴
• 3.5.3 产物的XRD表征
• 3.6 氮气保护下制备活性载体搭载铁酸锰
• 3.6.1 实验方法
• 3.6.2 产物的结构与形貌表征
• 3.7 小结
• 第四章 活性载体及活性载体搭载铁氧体处理工业废水的效果研究
• 4.1 实验仪器与试剂
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验试剂
• 4.2 实验设计与步骤
• 4.2.1 废水预处理
• 4.2.2 对比实验设计
• 4.2.3 COD的测定方法
• 第五章 结果和讨论
• 5.1 废水处理效果和铁氧体种类的关系
• 5.1.1 不同种活性载体搭载铁氧体的对比结果及分析
• 5.1.2 不同制备工艺的吸附-催化剂的对比实验
• 5.2 废水处理效果和活性载体搭载铁氧体用量的关系
• 5.3 辅助废水处理条件对处理结果的影响
• 5.3.1 微波处理时间对废水处理结果的影响及分析
• 5.3.2 通气时间对比实验
• 5.4 脱吸附现象
• 5.5 活性载体的再生与重复利用效果
• 5.6 小结
• 第六章 结论与前景展望
• 6.1 结论
• 6.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介