孔道結構鐵礦物的改性及其在污染治理中的應用.pdf

1、中國是紡織印染工業(yè)的第一大國，印染廢水是中國的重點污染行業(yè)。靛藍廢水屬于紡織印染廢水的一種，具有色度大、有機污染物含量高、水質變化大、堿性大和染料品種多、可生化性較差等特點。傳統(tǒng)的預處理法即混凝沉淀法，是物理法的一種，產生的沉淀物屬于危險廢物，預處理廢水的同時又帶來了新的污染問題，而光催化反應設備簡單、操作簡便、反應快速且高效，催化劑的來源廣泛、種類較多、價格便宜，并且能夠滿足不同種類染料的需求。
　　鐵的氫氧化合物(FeOOH)

2、一直以來都是科研者廣為關注的催化材料和環(huán)境礦物材料，它們可通過共沉淀、離子交換、吸附等作用，有效地去除環(huán)境介質中的重金屬和富營養(yǎng)元素等。羥基氧化鐵的合成方法通常分為化學合成法和生物礦化法。在本篇論文中選用化學合成的四方纖鐵礦(β-FeOOH)和生物合成的施威特曼石(Sch-Bio)進行研究。而二氧化鈦由于其廉價、無二次污染、催化能力強、性質穩(wěn)定，在光催化方面顯示出優(yōu)異的性能。但是單一催化劑的催化效果有限，所以文章先探討了孔道結構鐵礦物的

3、改性問題，并使用三種催化劑β-FeOOH、TiO2、β-FeOOH/TiO2光催化靛藍廢水，考察其對COD和色度的去除效率，與混凝沉淀法進行比較，探究光催化法作為預處理方法的可行性。
　　含表面活性劑或有機物的FeCl3溶液中Fe(Ⅲ)水解中和可制得中孔納米材料β-FeOOH，但常溫或低溫下Fe(Ⅲ)水解形成產量較低。故本工作研究了不同溫度(40、60、80℃)對含Brij30和葡萄糖(0.01％)的FeCl3溶液水浴陳化3天后所

4、得鐵沉淀產物FeOOH的影響。XRD和FTIR譜線證實形成鐵礦物為結晶較好β-FeOOH礦相;TEM和FESEM形貌結構顯示β-FeOOH顆粒為梭形，大小約為200-600nm。在低溫(40℃)時，Brij30和葡萄糖可促進鐵礦物沉淀的形成（對照處理中無鐵沉淀產物形成）;高溫（60℃和80℃）時，對照處理和含葡萄糖的FeCl3溶液中形成的鐵礦物顆粒尺寸大小基本無差異，但含Brij30的FeCl3溶液中60℃下形成β-FeOOH產物的粒徑

5、大于80℃下形成產物。
　　生物施威特曼石由氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)溶液，經搖床培養(yǎng)2天所得。在氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)溶液中分別加入不同濃度的AlPO4，經過2天的搖床培養(yǎng)，收集礦物沉淀。發(fā)現，在培養(yǎng)過程中，AlPO4的加入，并沒有加速或者減慢細菌HX3氧化Fe2+的進程，但是溶液pH值達到平衡時間縮短，礦物沉淀也從紅棕色向亮黃色變化，檢測上清液，發(fā)現有磷元素，證實AlPO4加入細菌生長過程。礦物經檢測發(fā)現，除了有施威特曼生成外，發(fā)現了黃鉀

6、鐵礬礦相，說明AlPO4加速了施威特曼向黃鉀鐵礬的轉化，而且沉淀物的礦相也出現明顯的不同，但是，并沒有發(fā)現AlPO4對施威特曼石有改性效果。
　　由于對四方纖鐵礦和生物施威特曼石的改性不如預期，所以利用TiO2改性β-FeOOH，合成新的光催化材料β-FeOOH/TiO2。觀察β-FeOOH/TiO2復合材料，與β-FeOOH與TiO2單一材料對比，光催化條件下，對靛藍廢水的降解作用。
　　隨著光照時間的延長，催化劑對COD

7、、色度的去除率均是逐漸增大，達到最佳時間2小時后，去除率幾乎不變達到平衡。β-FeOOH、TiO2、β-FeOOH/TiO2對COD的去除效率分別為15％、22％、31％，對色度的去除效率分別為35％、42％、48％。光催化條件下，三種催化劑對靛藍廢水的處理并不理想。
　　隨著催化劑濃度的增加，COD、色度的去除率也都逐漸增加，但是當催化劑濃度過量時，COD、色度的去除率出現了下降現象。原因是催化劑濃度過高，溶液渾濁，影響光的透過

8、率。
　　調節(jié)pH值探討催化劑對COD與色度的去除率，靛藍在酸性或者中性條件下將會析出，產生“酸析”現象，而且調節(jié)pH值耗資巨大，在工程運用上并不實際，所以文章沒有深入探討pH值對催化劑光催化靛藍廢水的影響問題。
　　將光催化法與芬頓法相結合，三個催化劑在COD與色度的去除率上都有了很大的提高，對COD去除率提高了10％左右，對色度的去除率都提高了將近一倍，特別是β-FeOOH/TiO2對色度的去除達到100％，只是三種催化