微波催化氧化脱除水中苯胺的研究

摘要：苯胺是一种具有致癌性的物质，采用微波催化氧化处理模拟苯胺废水，考察了反应时间、微波功率、活性炭用量、h2o2用量、ph等因素对苯胺废水降解效果的影响。

关键词：微波 苯胺 催化氧化 cuo/活性炭

随着科学技术以及工业的迅猛发展，大量自然界不存在的有机物被制造出来。这些有机物中有一些一旦排放到环境中就会在环境中长期存留并且富集，产生一系列的环境问题，对生态环境和人体健康构成严重威胁[1]。

催化氧化技术被认为是处理这类废水的有效方法。它利用氧化剂、电、光或催化剂等，诱发反应体系产生高活性的氧化自由基，而将水中复杂的有机物分解甚至矿化。该技术主要包括化学（催化）氧化（如fenton法、臭氧氧化）、光（催化）氧化法等。

采用微波辐照方法对水中难降解有机物的处理是近些年来兴起的一项比较热门的技术，并且取得了很多新的成果[2]。微波应用于废水处理的方式多种多样，既有动态的，也有静态的。常温处理系统存在以下问题：反应速率慢，反应温度低，能耗大。的降解。当施加一定压力于微波处理体系，可增加一定处理温度，从而提高·oh的生成速度和有机物的处理效率。

本文根据以上思想，在施加一个微波反应器，并结合炭载金属催化剂的作用，试图在较温和的条件下实现低浓度有毒废水（以对苯胺为目标物质）的高效处理。

1.3 分析方法

苯胺的浓度采用标准曲线法（自绘），cod测试采用重铬酸钾法

催化剂制备 载金属活性炭的制备采用浸渍—锻烧法，分4步进行：①测定载体的吸水率，首先称取定量催化剂载体成品，烘干后冷却到室温，加入定量蒸馏水静置，吸附达平衡后用滤纸吸干载体表面，称重 ，通过计算求得载体的吸水量，ml/g；②浸渍，根据催化剂金属组分负载量的设计要求 ，配制出浓度适宜的硝酸金属盐溶液，催化剂载体预处理后根据载体吸水率实测值加入适量硝酸盐溶液 ，并加入少许蒸馏水，搅拌后浸渍，观察，直至浸渍液吸附完毕；③干燥，将浸渍好的湿样置入110℃烘箱烘干；④焙烧，将已经烘干的催化剂样品置人马福炉中煅烧 活化，ac负载型催化剂的焙烧温度为250～300℃，其他负载型催化剂在500～600℃下焙烧[3]。

催化氧化 在常温常压条件下，向烧杯中加入适量模拟苯胺废水样品、固态催化剂及加入适量液态h202氧化剂，启动微波炉，反应一定时间，静置0.5h后取上部清液，分析苯胺的浓度及cod，通过苯胺的浓度标准曲线计算降解率，并测出cod反映实际的cod去除率。

2 结果与讨论

苯胺的降解率随着时间的增长而增大，降解率在6min时达到86.38%，之后随着反应时间的增加，降解率缓趋于平衡。故最后选择时间为6min。

随着火力的增大，降解率也随之增加，在中高火时达到86.94%，在高火时达到88.35%，可能是随着微波辐射功率的增大，单位体积吸收的微波辐射能增大，分子碰撞频率增高，有利于化学键的断裂，污染物容易分解为小分子，最终导致苯胺去除率的提高。微波功率增加有利于h2o2生成·oh，使污染物与·oh的反应提高。但是随着微波功率增加，h2o2有部分挥发分解成o2和h2o，h2o2自耗增大，不利于生成·oh，导致cod去出率增加缓慢[55]。故最后选择功率为中高火。

cuo/活性炭能促进反应进行是因为有表面催化氧化反应发生，加入催化剂导致·oh快速聚集在cuo/活性炭表面，·oh对苯胺进行氧化反应，过量加入则会使双氧水产生大量的·oh，发生双氧水的自耗，使双氧水没有达到预期的对苯胺进行氧化的反应。由图2.3可以看出催化剂投加量在0.7g时趋于降解速率趋于平衡，此时降解率为89.76%。故最后选择cuo/活性炭用量为0.7g。

2.4 h2o2用量对降解的影响

随着双氧水的投加量增加苯胺的降解率随之增大。投加量为0.7ml时降解率为75.54%趋于平衡；其主要原因在于双氧水的过量导致自耗反应，使羟基自由基的利用率下降，进而导致没有足够的双氧水对苯胺进行氧化降解反应，从而使苯胺的降解率变化不大。所以，双氧水的投加要适量，既保证有充足的羟基自由基氧化降解苯胺，又不能使双氧水出现自耗现象。所以选择0.7ml作为最佳双氧水投加量。故最后选择h2o2用量为0.7ml。

3 结论

（1）各因素的影响实验中，分别对反应时间、微波功率、活性炭用量、h2o2用量、ph五个影响因素进行考察。

（2） 通过正交实

对微波加热时间、h2o2用量、cuo/活性炭用量、ph进行了考察，影响因素的关系为cuo/活性炭用量?ph?h2o2用量?时间；得出最佳条件：cuo/活性炭用量为1.0g、h2o2用量为0.7ml、微波加热时间为8min、ph为5；在上述最佳条件下对废水进行催化氧化，处理后降解率为98.2%；cod=20mg/l、cod去除率为91.7%。

参考文献：

[1] 孙世刚.炭载金属催化剂的制备及低压微波辅助湿式催化氧化pnp废水.大连理工大学硕士论文.2007.

[2] 孙萍，肖波，杨家宽.微波技术在环境保护中的应用，化工环保[j]，2001，22（2）：71～74.