申请日2012.12.25
公开(公告)日2013.03.27
IPC分类号C02F1/30; B01J23/72; B01J21/18
摘要
本发明涉及一种活性炭基微波催化剂，在微波辐照下，催化氧化降解废水的方法。本发明的技术方案是以活性炭为催化剂，或者在活性炭上负载一种或多种金属氧化物为催化剂，然后将这种催化剂放入有机废水中，采用微波辐照，从而降解有机废水，本发明的方法还可以通过固载微波催化剂，对废水进行连续处理。本发明具有以下优点：操作简单易行，投资和运行成本低，占地面积少，降解彻底，可降解有机废水的浓度范围广，无二次污染，适用于印染、造纸、化工、制药等行业中有机废水的处理。
权利要求书
1.一种采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其特征在于 将活性炭基微波催化剂与有机废水混合，采用微波对有机废水进行辐 照，所述的活性炭基微波催化剂为活性炭或者负载有金属或者金属氧 化物的活性炭。
2.如权利要求1所述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方 法，其特征在于所述的金属为钛、铁、钴、镍、铜、镁、钼、铋、钨 中的一种或多种，所述的金属氧化物为金属钛、铁、钴、镍、铜、镁、 钼、铋、钨的氧化物中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方 法，其特征在于在活性炭上负载的金属或金属氧化物为活性炭质量的 1-10%。
4.如权利要求1所述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方 法，其特征在于所述的活性炭经过除杂处理。
5.如权利要求4所述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方 法，其特征在于所述的活性炭除杂处理包括对活性炭进行水洗，煮沸， 干燥步骤。
6.如权利要求1所述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方 法，其特征在于有机废水为甲基橙废水，甲基橙废水的浓度为10-500 mg/L。
7.如权利要求1所述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方 法，其特征在于有机物与微波催化剂的质量比为1∶2-450。
8.如权利要求1所述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方 法，其特征在于微波辐照的功率为200-800瓦，微波辐照的时间为 2-30分钟。
9.如权利要求1所述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方 法，其特征在于将微波催化剂填充在微波反应管中组成微波催化反应 床层，对废水进行连续处理。
10.如权利要求9所述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方 法，其特征在于微波催化反应床层含有至少两段微波反应管。
说明书
一种采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法
技术领域
本发明涉及一种活性炭基微波催化剂降解有机废水 的方法。
背景技术
随着经济的发展，环境负担也日益沉重，尤其是水体环境。环境 污染是对全世界的一个重大挑战。有机废水色度深、难生化降解、成分复 杂。这些有机污染物流入水体中，水资源受到严重的污染，且对人体 有潜在的危险性。自从1976以来，工业废水中的芳香族化合物已经 出现在EPAs主要污染物清单中。污染物中最重要的子类之一染料废 水已经引起了很大的注意。处理各种染料废水，被认为是全世界中控 制环境污染的主要任务之一。因为大部分的有机化合物通常含有苯环 和萘环，它们不能轻易地被传统的生物和化学方法降解掉。这些化合 物被认为是有毒污染物，它们对人类的健康有潜在的危险性，在废水 排放之前必须对之进行处理。因此开发一种高效、经济的废水处理方 法迫在眉捷。
目前用于降解有机废水的方法主要有物理吸附法，生物脱色法， 超声降解法，光催化降解法，微波辅助光催化降解法，微波与无机氧 化剂氧化法。生物法，处理时间长，不能完全降解废水中的污染物， 吸附法不能降解污染物，只是将它们的状态进行转移，光催化法降解 只适合低浓度有机废水的处理，且处理时间长。超声降解处理时间长， 降解效率低。微波辅助光催化降解法，其实质是用微波辅助的方式强 化光催化的效果，仍然没有完全脱离光催化，在一定程度上，可缩短 反应时间，但不能处理高浓度有机废水。
微波是一种由电场和磁场组成的能量，是一种电磁波，波长在 1mm-100cm，频率为300MHz-300GMHz.。近年来，微波辐照在食 物消毒，有机合成，分析和萃取及环境污染的处理中已经得到看越来 越广泛的应用。微波与无机氧化剂氧化法，对氧化剂的用量很大，造 成处理成本高，且氧化剂的利用率低。
发明内容
为了克服现有技术中存在的处理时间长，降解效率低，成本高等 问题，本发明提出了一种新的降解有机废水的方法以及一种新的用于 降解有机废水的新的微波催化剂，采用本发明的催化剂和方法，能够 有效的解决现有技术中存在的问题，且能够连续规模处理，易于工业 化生产。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其中将活性 炭基微波催化剂与有机废水混合，采用微波对有机废水进行辐照，所 述的活性炭基微波催化剂为活性炭或者负载有金属或者金属氧化物 的活性炭。
上述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其中所述 的金属为钛、铁、钴、镍、铜、镁、钼、铋、钨中的一种或多种，所 述的金属氧化物为金属钛、铁、钴、镍、铜、镁、钼、铋、钨的氧化 物中的一种或多种。
上述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其中在活 性炭上负载的金属或金属氧化物为活性炭质量的1-10%。
上述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其中所述 的活性炭经过除杂处理。
上述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其中所述 的活性炭除杂处理包括对活性炭进行水洗，煮沸，干燥步骤。
上述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其中有机 废水为甲基橙废水，甲基橙废水的浓度为10-500mg/L。
上述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其中有机 物与微波催化剂的质量比为1∶2-440。
上述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其中微波 辐照的功率为200-800瓦，微波辐照的时间为2-30分钟。
上述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其中将微 波催化剂填充在微波反应管中组成微波催化反应床层，对废水进行连 续处理。
上述的采用活性炭基微波催化剂降解有机废水的方法，其中微波 催化反应床层含有至少两段微波反应管。
采用本发明的技术方案，能够极大的提高降解效率，且处理时间 大大缩短，操作简单易行，投资和运行成本低，占地面积少，降解彻 底，可降解有机废水的浓度范围广，能够连续规模处理，易于工业化 生产，无二次污染，适用于印染、造纸、化工、制药等行业中有机废 水的处理。
具体实施方式
具体实施方式中采用的分析方法为：利用紫外分光光度计在 270nm处对溶液的吸光度进行测定，由(公式1)可知溶液浓度与吸 光度呈正比，因此可得出溶液浓度，并根据(公式2)计算出溶液降解 率。
A=αCL (1)
其中，A：吸收度α：摩尔吸光系数，L·g-1·cm-1;C：溶液的 浓度，g·L-1;L：吸收层厚度，cm。
其中，C0、Ct分别为甲基橙初始溶液浓度及反应后的浓度，mg·L-1。
本发明具体实施方式中使用的微波催化剂为：活性炭、TiO2-AC、 CuO/AC。
TiO2-AC微波催化剂的制备：将一定量的钛酸丁酯加入到快速搅 拌着的无水乙醇中，继续搅拌30min，加入一定量的乙酰丙酮，再搅 拌30min之后，滴加无水乙醇与去离子水及浓硝酸的混合溶液，滴 加之后，低速搅拌2h，加入20g预处理的活性炭，搅拌2h，在放 入超声清洗器中超声3h。这时将所得的凝胶静置24h，80℃干燥 20h。450℃煅烧2h。即得所需的负载型催化剂。
CuO/AC催化剂的制备：首先将载体颗粒活性炭用去离子水煮沸 洗净，干燥12h;采用浸渍法将活性炭等体积浸渍在硝酸铜 (Cu(NO3)2)溶液，在室温下静置12h后干燥;将干燥后的样品置于 马弗炉内焙烧2h，即得实验所需催化剂(CuO/AC)。
实施例1
使用的微波催化剂为活性炭：量取100mL100mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂1.8g，在微波功率为600W的 条件下的催化反应6min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其吸 光度，计算得出其降解率为降解率为87.5%。
实施例2
使用的微波催化剂为活性炭：量取100mL100mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂1.8g，在微波功率为600W的 条件下的催化反应8min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其吸 光度，计算得出其降解率为降解率为91.5%。
实施例3
使用的微波催化剂为活性炭：量取100mL100mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂1.8g，在微波功率为600W的 条件下的催化反应10min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其 吸光度，计算得出其降解率为降解率为95%。
实施例4
使用的微波催化剂为活性炭：量取100mL100mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂1.8g，在微波功率为600W的 条件下的催化反应12min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其 吸光度，计算得出其降解率为降解率为96.7%。
实施例5
使用微波催化剂为TiO2-AC：量取100mL100mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂1.8g，在微波功率为600W的 条件下的催化反应8min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其吸 光度，计算得出其降解率为降解率为94.9%。
实施例6
使用微波催化剂为TiO2-AC：量取100mL100mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂1.8g，在微波功率为600W的 条件下的催化反应12min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其 吸光度，计算得出其降解率为降解率为98.9%。
实施例7
使用微波催化剂为TiO2-AC：量取100mL50mg/L的甲基橙废水 于500mL的锥形瓶中，加入催化剂1.8g，在微波功率为600W的条 件下的催化反应12min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其吸 光度，计算得出其降解率为降解率为99.1%。
实施例8
使用微波催化剂为TiO2-AC：量取100mL250mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂1.8g，在微波功率为600W的 条件下的催化反应12min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其 吸光度，计算得出其降解率为降解率为84.7%。
实施例9
使用微波催化剂为TiO2-AC：量取100mL100mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂0.6g，在微波功率为600W的 条件下的催化反应12min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其 吸光度，计算得出其降解率为降解率为63.2%。
实施例10
使用微波催化剂为TiO2-AC：量取100mL100mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂2.2g，在微波功率为600W的 条件下的催化反应10min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其 吸光度，计算得出其降解率为降解率为99.2%。
实施例11
使用微波催化剂为TiO2-AC：量取100mL100mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂1.8g，在微波功率为200W的 条件下的催化反应12min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其 吸光度，计算得出其降解率为降解率为90%。
实施例12
使用微波催化剂为TiO2-AC：量取100mL100mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，加入催化剂1.8g，在微波功率为800W的 条件下的催化反应12min后，取上清液，用紫外可见光光度计测其 吸光度，计算得出其降解率为降解率为99.1%。
实施例13
使用微波催化剂为TiO2-AC：量取100mL250mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，微波功率为600W，催化剂用量为1.8g。 在微波条件下催化反应。微波辐照28min，有机废水甲基橙的降解率 为99.5%。
实施例14
使用微波催化剂为CuO-AC：量取100mL250mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，微波功率为600W，催化剂用量为1.8g。 在微波条件下催化反应。微波辐照28min，有机废水甲基橙的降解率 为99.7%。
实施例15
使用微波催化剂为CuO-AC：量取100mL250mg/L的甲基橙废 水于500mL的锥形瓶中，微波功率为600W，催化剂用量为1.8g。 在微波条件下催化反应。微波辐照28min，有机废水甲基橙的降解率 为99.5%。
对照例1
使用微波催化剂为TiO2-AC：量取100mL50mg/L的甲基橙废水 于500mL的锥形瓶中，催化剂用量为1.8g。在没有微波条件下，室 温下吸附30min，有机废水甲基橙的吸附降解率不超过20%。