申请日2012.12.25
公开(公告)日2013.04.03
IPC分类号C02F1/72; C02F1/30
摘要
本发明涉及一种铁酸盐类微波催化剂，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铁酸盐为催化剂，或者在活性炭上负载一种或多种金属氧化物为铁酸盐，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
1.二段微波催化反应连续降解有机废水的方法，包括如下步骤：
(1)形成微波催化剂反应床层：将微波催化剂填充入反应管内，所 述的微波催化剂为活性炭基微波催化剂或铁酸盐基微波催化剂中的 一种或两种，形成微波反应管，采用至少一个微波反应管放入有机废 水通道，形成微波催化剂反应床层，使所有有机废水流经微波催化剂 反应床层，在微波催化剂反应床层内形成至少两段分别装填活性炭基 微波催化剂与铁酸盐基微波催化剂的反应部;
(2)微波辐照：在有机废水 流经微波催化剂反应床层反应部时采用 微波辐照微波催化剂反应床层反应部;
所述的活性炭基微波催化剂为活性炭、负载有金属的活性炭、负载有 金属氧化物的活性炭中的一种或几种;
所属的铁酸盐基微波催化剂为铁酸盐、负载有金属的铁酸盐、负载有 金属氧化物的铁酸盐中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的二段微波催化反应连续降解有机废水的方 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所述的二段微波催化反应连续降解有机废水的方 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所述的二段微波催化反应连续降解有机废水的方 法，其特征在于所述的铁酸盐为铁酸镁，所述的铁酸盐基微波催化剂 为MgFe2O4或MgFe2O4-Fe2O3中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的二段微波催化反应连续降解有机废水的方法， 其特征在于有机废水为甲基橙废水、结晶紫废水中的一种或者两种的 混合废水，其中甲基橙废水的浓度为10-500mg/L，结晶紫废水的浓 度为20-500mg/L。
6.如权利要求1所述的二段微波催化反应连续降解有机废水的方法， 其特征在于甲基橙有机物与活性炭基微波催化剂的质量比为1∶2- 450，结晶紫有机物与铁酸盐基微波催化剂的质量比为1∶2-450。
7.如权利要求1所述的二段微波催化反应连续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。
8.如权利要求4所述的二段微波催化反应连续降解有机废水的方法， 其特征在于所述的铁酸镁采用如下方法制备：以硝酸铁和硝酸镁为原 料，以氨水或氢氧化钠为沉淀剂，在90-200℃下晶化8-16小时，在 200-1000℃下煅烧0.5-7小时。
说明书
二段微波催化反应连续降解有机废水的方法
技术领域
本发明涉及一种微波催化剂降解有机废水的方法及二段微波催 化反应连续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。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。从环境和人类健 康两方面考虑，有机废水在排放前，必须经过处理。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。微波与无机氧化剂氧化法， 对氧化剂的用量很大，且氧化剂的利用率低，造成处理成本高，。
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二段微波催化反应连续降解有机废水的 方法，采用本发明的方法，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，易于大规模工业化处理。
本发明是采用如下技术方案实现的：
二段微波催化反应连续降解有机废水的方法，包括如下步骤：
(1)制备微波催化剂反应床层：将微波催化剂填充入反应管内， 所述的微波催化剂为活性炭基微波催化剂或铁酸盐基微波催化剂中 的一种或两种，形成微波反应管，采用至少一个微波反应管放入有机 废水通道，形成微波催化剂反应床层，使所有有机废水流经微波催化 剂反应床层，在微波催化剂反应床层内形成至少两段分别装填活性炭 基微波催化剂与铁酸盐基微波催化剂的反应部;
(2)微波辐照：在有机废水流经微波催化剂反应床层反应部时 采用微波辐照微波催化剂反应床层反应部;
所述的活性炭基微波催化剂为活性炭、负载有金属的活性炭、负 载有金属氧化物的活性炭中的一种或几种;
所属的铁酸盐基微波催化剂为铁酸盐、负载有金属的铁酸盐、负 载有金属氧化物的铁酸盐中的一种或几种。
上述的二段微波催化反应连续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。
上述的二段微波催化反应连续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%。
上述的二段微波催化反应连续降解有机废水的方法，其中所述的 铁酸盐为铁酸镁，所述的铁酸盐基微波催化剂为MgFe2O4或 MgFe2O4-Fe2O3中的一种或两种。
上述的二段微波催化反应连续降解有机废水的方法，其中有机废 水为甲基橙废水与结晶紫废水的混合废水，其中甲基橙废水的浓度为 10-500mg/L，结晶紫废水的浓度为20-500mg/L。
上述的二段微波催化反应连续降解有机废水的方法，其中甲基橙 有机物与活性炭基微波催化剂的质量比为1∶2-440，结晶紫有机物与 铁酸盐基微波催化剂的质量比为1∶2-50。
上述的二段微波催化反应连续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。
上述的二段微波催化反应连续降解有机废水的方法，其中所述的 铁酸镁采用如下方法制备：以硝酸铁和硝酸镁为原料，以氨水或氢氧 化钠为沉淀剂，在90-200℃下晶化8-16小时，在200-1000℃下煅烧 0.5-7小时。
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分别为有机废水初始溶液浓度及反应后的浓度， mg·L-1。
除甲基橙废水
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%。
上述实施例和对照例的数据对比结果参见表1
表1
除结晶紫废水
微波催化剂的制备：将化学质量比为1∶2的硝酸镁和硝酸铁，溶 入到250mL的水中，滴加氨水或氢氧化钠至pH值10～11，反应2～3 时间后，在130-160℃下晶化14-16h，洗涤数次，60～90℃干燥，在 200-1000℃下煅烧0.5-7h，得MgFe2O4或MgFe2O4-Fe2O3。
实施例16
使用微波催化剂为MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓 度为100mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在800W 的功率下反应6min后，离心一定时间，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99.4%。
实施例17
使用微波催化剂为MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓 度为300mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在800W 的功率下反应6min后，离心一定时间，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99.1%。
实施例18
使用微波催化剂为MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓 度为500mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在800W 的功率下反应6min后，离心一定时间，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96%。
实施例19
使用微波催化剂为MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓 度为200mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在600W 的功率下反应5min后，离心一定时间，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98.9%。
实施例20
使用微波催化剂为MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓 度为200mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在200W 的功率下反应5min后，离心一定时间，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71.8%。
实施例21
使用微波催化剂为MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓 度为200mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在800W 的功率下反应5min后，离心一定时间，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99.3%。
实施例22
使用微波催化剂为MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓 度为200mg/L的结晶紫溶液，称取用量为0.4g/L的催化剂，在600W 的功率下反应5min后，离心一定时间，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95.5%。
实施例23
使用微波催化剂为MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓 度为200mg/L的结晶紫溶液，称取用量为2g/L的催化剂，在600W 的功率下反应5min后，离心一定时间，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99.5%。
实施例24
使用微波催化剂为MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓 度为500mg/L的结晶紫溶液，称取用量为3g/L的催化剂，在800W 的功率下反应8min后，离心一定时间，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99.9%。
实施例25
使用微波催化剂为MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓 度为500mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在800W 的功率下反应15min后，离心一定时间，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99.3%。
实施例26
使用微波催化剂为MgFe2O4。于反应器中加入100mL的浓度为 200mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在800W的微 波功率下反应4min后，离心一定时间，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94.3%。
实施例27
使用微波催化剂为MgFe2O4。于反应器中加入100mL的浓度为 200mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在800W的微 波功率下反应8min后，离心一定时间，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98.3%。
对照例2
不使用催化剂，单独微波辐照。于反应器中加入100mL的浓度 为200mg/L的结晶紫溶液，称取用量为0g/L的催化剂，在800W的 微波功率下反应5min后，用紫外可见光光度计测其吸光度，计算得 出其降解率为5.7%。
对照例3
使用催化剂MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓度为200 mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在100℃的水浴下 反应5min后，离心一定时间，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56.8%。
对照例4
使用催化剂MgFe2O4-Fe2O3。于反应器中加入100mL的浓度为200 mg/L的结晶紫溶液，称取用量为1g/L的催化剂，在室温下反应4h 后，离心一定时间，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28.8%。