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        铁碳微电解技术在糖蜜酒精废水处理中的应用 桂林污水处理设备

        文章出处:未知发表时间:2022-01-15 13:17:52


         

        图片1 

         

          糖蜜酒精废水是一种典型的难处置工业废水,其有机污染物浓度高,色度大,成分复杂,采用传统的处置工艺对其实施处置通常难以到达环保排放规范。由此,各种深度处置技术应运而生。

         

          铁碳微电解技术是一种深度处置技术,该技术应用金属腐蚀原理,经过构成微小原电池对废水实施处置。由于该技术具有本钱低、处置效果好等优势,目前已应用到多种废水的深度处置中,并获得了较好的成果。铁碳微电解技术的中心是Fe/C材料,为了使Fe/C材料具有更高效的处置才能,需求对Fe/C材料实施改性处置。在我国,稀土资源丰厚,加上其共同的催化作用,使其在材料改性方面得到了普遍应用。

         

          本研讨采用稀土铈的氧化物(CeO2)掺杂Fe/C材料,并以改性后材料深度处置糖蜜酒精废水,研讨了Ce-Fe/C制备中铁碳质量比、稀土铈添加质量分数以及Ce-Fe/C处置废水过程中反响时间等要素对废水处置效果的影响,并对稀土铈掺杂前后Fe/C材料的性能实施了研讨。

         

          一、实验局部

         

          1.1 试剂与仪器

         

          试剂:复原铁粉、碳粉、稀土铈(二氧化铈)、盐酸、氢氧化钠、硫酸亚铁铵、重铬酸钾等,均为剖析纯,硫酸,优级纯。实验用水为去离子水。

         

          仪器:pHS-3C精细pH计,上海仪电科学仪器股份有限公司,HY-5A盘旋振荡器,金坛市梅香仪器有限公司,SK3-2-10真空管式炉,杭州卓驰仪器有限公司,DR6000-722N分光光度计,美国哈希公司,HitachiSU8220场发射扫描电镜,日本日立公司,DX-2700A多晶X射线衍射仪,丹东浩元仪器有限公司,NicoletiS50傅里叶变换红外光谱仪、ESCALAB250XI+X射线光电子能谱仪,美国ThermoFisherScientific公司。

         

          1.2 Ce-Fe/C材料的制备

         

          将一定质量复原铁粉、碳粉、稀土铈以及催化剂铜粉(添加质量分数5%)、造孔剂碳酸氢铵(添加质量分数为10%)和黏结剂黏土(添加质量分数20%)等混合平均,参加适量去离子水,然后用模具制成规整化球形颗粒材料。将所制得颗粒材料置于外表皿上,于真空枯燥烘箱中在105℃下烘干至恒重,再于真空管式炉中在900℃下高温焙烧60min。冷却后取出,即得Ce-Fe/C复合材料

         

          1.3 实验办法

         

          将制备的Ce-Fe/C复合材料置于糖蜜酒精废水中,待吸附饱和后备用。糖蜜酒精废水取自广西南宁市左近某食用酒精厂污水处置工艺氧化段后废水,水质:pH5~6,色度100倍,COD300~400mg/L

         

          取100mL糖蜜酒精废水于250mL锥形瓶中,调理废水pH4,然后参加10gCe-Fe/C复合材料。置于盘旋振荡器上,在常温下以80r/min的速率震荡反响一定时间。静置,取上清液,测定色度和COD。色度采用分光光度法测定,测定波长380nmCOD采用微波消解-硫酸亚铁铵滴定法测定。

         

          二、结果与讨论

         

          2.1 铁碳质量比对处置效果的影响

         

          在稀土铈添加质量分数为5%,反响时间为150min的条件下,调查复合材料中铁碳质量比对处置效果的影响,结果如图1所示。

         

        图片10 

          由图1可知,随着铁碳质量比的增加,色度去除率、COD去除率均呈先升高后降低的变化趋向。当铁碳质量比为51时,处置效果最佳。继续增大铁碳质量比,材料中的铁含量过多,而碳含量相对减少,造成一局部Fe直接与溶液中的H+反响,耗费H+,不利于Fe/C微电解反响的实施。铁碳质量比过低,材料中的铁含量减少,在应用中构成的铁碳原电池数量就少,最终造成处置效果降落。肯定最佳铁碳质量比为51

         

          2.2 稀土铈添加量对处置效果的影响

         

          在铁碳质量比为51,反响时间为150min的条件下,调查稀土铈添加量对处置效果的影响,结果如图2所示。

         

        图片11 

          由图2可知,随着稀土铈添加量的增加,色度去除率、COD去除率均呈先升高后降低的变化趋向。当稀土铈添加质量分数为7%时,处置效果最佳。稀土铈的氧化物(CeO2)作为一种催化材料,外表的氧具有较高的活性,在反响过程中,其外表的晶格氧原子可以直接被耗费同时构成氧空位,增加了Fe/C材料的活性。因而,随着稀土铈添加量的增加,处置效果提升。但稀土铈添加量过高,在制备材料的高温焙烧过程中,氧空位会发作挪动并线性排列成氧空位群,使一局部铁被氧化,减少了Fe/C材料在反响中的微小原电池的数目,从而造成处置效果降落。肯定最佳稀土铈添加质量分数为7%

         

          另外,实验结果标明,添加稀土铈后,Fe/C材料对废水色度的去除率最高可达98.03%,对COD的去除率最高为70.56%。而在相同条件下,采用未添加稀土铈的Fe/C材料进行糖蜜酒精工业废水处理,色度去除率为87.11%COD去除率为61.74%。可见,添加稀土铈后,Fe/C材料对废水色度的去除率提升10.92%,对COD的去除率提升8.82%

         

          2.3 反响时间对处置效果的影响

         

          以铁碳质量比为51,稀土铈添加质量分数为7%制备的Ce-Fe/C复合材料处置糖蜜酒精废水,调查反响时间对处置效果的影响,结果如图3所示。

         

        图片12 

          由图3可知,随着反响时间的延长,色度去除率、COD去除率均呈先升高后趋于稳定的变化趋向。基于实验与本钱思索,肯定反响时间为150min

         

          2.4 掺杂稀土铈对Fe/C材料形貌的影响

         

          对掺杂稀土铈前后的Fe/C材料实施SEM表征,结果见图4

         

        图片13 

          从图4(a)(b)能够看出,掺杂稀土铈后的Fe/C材料外表会有较大的孔隙度,这是由于稀土铈使Fe/C材料在高温焙烧后产生较大的不规则的裂痕,掺杂稀土铈后的Fe/C材料外表颗粒由较为松懈变得相对聚会,这是由于稀土铈与Fe/C材料中的颗粒物质构成了固溶体,发作了固溶强化,从某种水平上加强了Fe/C材料的硬度。从图4(c)(d)能够看出,掺杂的稀土铈可与Fe/C材料中的物质发作反响,生成复杂的化合物颗粒,其阻止晶界挪动,使晶粒细化,从而增大了Fe/C材料的比外表积。

         

          2.5 掺杂稀土铈对Fe/C材料晶格构造的影响

         

          对掺杂稀土铈前后的Fe/C材料实施XRD表征,结果如图5所示。

         

        图片14 

          由图5能够看出,掺杂稀土铈前后的Fe/C材料均呈现了5个明显的衍射尖峰,即分别在26.6°43.2°44.6°50.3°74.2°。衍射峰愈是锋利,而半高宽愈小,阐明材料样品的结晶度愈高。Fe/C材料在掺杂稀土铈后产生了新的衍射峰(24),所对应的是铈的氧化物和碳化物,阐明稀土元素铈一局部以铈碳化合物的方式胜利进入了Fe/C材料的晶格内部,一局部以铈氧化合物的方式存在于Fe/C材料中,完成了有效掺杂。稀土铈掺杂前后的Fe/C材料XRD谱图中都有一些杂峰构成,这可能是由于所用的黏结剂中含有一定的杂质。

         

          2.6 掺杂稀土铈对Fe/C材料成键状况的影响

         

          在4000~400cm-1波数范围内对稀土铈掺杂前后的Fe/C材料实施FTIR表征。结果标明,关于稀土铈掺杂前后的Fe/C材料,在34001600cm-1左近均有一个较强的吸收峰,它是由非缔合的要OH基团的伸缩与弯曲振动惹起的,与毛细孔水和外表吸附水有关。稀土铈掺杂后,在1050cm-1左近呈现了Ce-C伸缩振动吸收峰,在520cm-1左近呈现了Ce-O伸缩振动吸收峰,这主要是由于稀土铈掺杂后惹起基团间作用力的改动,从而造成吸收峰发作变化。稀土铈掺杂后,Fe/C材料的吸收峰加强更为显著,阐明材料外表的自在基愈加丰厚。经过FTIR表征,进一步证明稀土铈有效地掺杂到Fe/C材料中。

         

          2.7 稀土铈在Ce-Fe/C复合材料中存在的方式

         

          采用X射线光电子能谱仪(XPS)Ce-Fe/C复合材料样品实施测试,得到Ce-Fe/C复合材料样品在0~1400eVXPS全能谱图以及样品中Ce元素的XPS特征能谱图。

         

          对XPS全能谱图实施剖析可知,在Ce-Fe/C复合材料样品中除含有主要元素FeCO外,还存在掺杂元素Ce3d峰,阐明稀土铈元素已胜利进入Fe/C材料的晶格中。

         

          对Ce3d的特征能谱图实施剖析可知,分离能在899.6eV的谱峰对应Ce4+Ce3d5/2,分离能在917.15eV的谱峰对应Ce4+Ce3d3/2,分离能在884.85903.7eV的谱峰分别对应Ce3+Ce3d5/2Ce3d3/2,而分离能在882.9886.8901.6906.05eV的谱峰则是电子从充溢的O2pC2p轨道转移到空的Ce4f轨道惹起的。XPS表征结果标明,CeFe/C复合材料中的CeCe3+Ce4+的方式存在。分离XRD结果判别,复合材料样品中稀土元素铈一局部以铈的氧化合物方式存在,一局部以铈的碳化合物方式存在。

         

          三、结论

         

          (1)采用制备的Ce-Fe/C复合材料处置糖蜜酒精废水,结果标明,以铁碳质量比为51,稀土铈添加质量分数为7%制备的Ce-Fe/C复合材料对糖蜜酒精废水的处置性能最佳,在150min的最佳反响时间下,色度去除率到达98%以上,COD去除率到达70%以上。

         

          (2)稀土铈的掺杂有效提升Fe/C材料的性能,与掺杂前Fe/C材料对糖蜜酒精废水的处置效果相比,色度去除率提升10.92%COD去除率提升8.82%

         

          (3)对稀土铈掺杂前后的Fe/C材料的表征结果标明,稀土元素铈有效地掺杂到了Fe/C材料的晶格中,与Fe/C材料中的颗粒物质构成固溶体,完成了固溶强化,并与Fe/C材料中的晶粒作用构成复杂的化合物颗粒,阻止晶界挪动,到达晶粒细化的目的。

         


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