Fe3O4/GO对制药废水的紫外光催化性能及吸附特性的研究

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制药工业既是我国的重要支柱产业,又是一项治病、防病、保健、计划生育的社会福利事业。但制药工业产生废水污染问题多年来制约其发展,是当今社会面临的一个重大环保问题。制药废水水质复杂,中间产物多、毒性强、盐分高、COD高、氨氮浓度高,可生化性差,利用生物法降解比较困难。近年来,光芬顿和吸附法在处理制药废水方面得到了广泛应用。以石墨为原材料,采用改进Hummers制作氧化石墨烯(GO),在高温高压的条件与氯化铁(Fe Cl3·6H2O)在碱性环境中发生络合反应合成氧化石墨烯负载纳米四氧化三铁(Fe3O4/GO)磁性复合材料。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、EDS、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、紫外可见光吸收仪(UV-vis)等对合成的材料进行表征。XRD衍射图谱看出合成的Fe3O4/GO依次在(30.1°)、(35.4°)、(43.8°)、(54.8°)、(57.2°)、(63.1°)等六个位置出现了明显的特征峰,分别与四氧化三铁晶体结构结构中的(220)、(311)、(400)、(422)、(511)和(440)晶面衍射峰相对应。SEM扫描图片可以看出Fe3O4颗粒负载在GO表面。傅里叶红外光谱分析表明石墨经过深度液相氧化在其表面引入烷氧基(-OCH3)、环氧键(C-O-C)、羰基(C=O)、羟基(-OH)、碳碳双键(C=C)等官能团,Fe3O4/GO还含有Fe-O键。紫外可见光吸收光谱表明GO在230nm左右的位置上存在一个吸收峰,而氧化石墨烯负载纳米四氧化三铁(Fe3O4/GO)在250nm左右的位置上出现了一个小吸收峰。首先将制作的Fe3O4/GO作为催化剂构建光芬顿体系用于处理化学原料药废水,试验主要以COD为衡量指标考察了光芬顿体系的影响因素,得到最佳反应条件。当废水p H为3,H2O2(30%)浓度0.10mol/L,Fe3O4/GO投加2.0g/L,反应120min,COD去除率为88.1%,BOD的去除率为84.1%,废水的可生化性由0.22提高到0.46,可生化性有较差变为较好。分析了光芬顿处理化学原料药废水的机理。其降解废水主要通过以下三种可能的途径:光芬顿催化反应产生·OH可以降解大分子有机物,生成小分子物质;进水中结构复杂的杂环类有机物,在·OH的作用下,环状结构被破坏,最后生生了H2O和CO2及一些分子结构简单的中间产物;进水中的有机物醇类物质所占百分比最大,出水中直链烷烃类物质所占百分比最大,还有一定比例的卤代烃,醇类物质会开环并且发生取代反应和消去反应生成卤代烃和烷烃类物质。接着将制作的Fe3O4/GO作为吸附剂吸附处理化学原料药废水,试验主要以COD为衡量指标考察了吸附的影响因素,得到最佳吸附条件。当Fe3O4/GO投加3.0g/L,反应10h,COD去除率为64.5%。Fe3O4/GO吸附处理化学原料药废水为混合型吸附,并且便于回收再生,可重复利用性高。
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