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桉木化学热磨机械浆(CTMP)制浆废水浓度高、成分复杂和色度深,处理难度大。目前用来处理制浆造纸废水的主要方法有生物法和化学法,例如化学沉淀法、活性污泥法和厌氧法,但是效果不太理想,处理后出水未能达标排放。废水处理技术制约着桉木CTMP技术的发展,是造纸工业必须解决的重要问题之一。
近年来,电化学技术因其在废水治理方面的优势,越来越受到国内外研究者的青睐。本文将电化学与多相催化有机结合起来,以复极性固定床电解槽(BPBC)为反应器,用负载金属氧化物的多相催化剂取代传统反应器的绝缘填料,构建了多相催化电解耦合体系。本研究的目的是:以鞣酸模拟的桉木CTMP制浆废水为底物,运用电-多相催化技术来处理并研究了鞣酸的降解情况,主要得出如下结论:
以鞣酸的去除率为评价标准,在多相催化体系中研究了γ-Al2O3作为催化剂载体时不同活性组分的催化性能,得出CuO/γ-Al2O3为考察范围内性能最优催化剂;并对其进行SEM和XRD表征。对CuO/γ-Al2O3催化剂的制备条件和其构成的多相催化体系的操作条件进行了考察,得出了各自的优化条件,在优化条件下,多相催化体系对鞣酸去除率可达82.1%,载体的溶出会引起浸渍液pH值的上升和电导率的增大,从而影响了催化剂性能。
对不同填料构成的间歇静态复极性电-多相催化氧化反应器的操作条件进行了考察,并且优化了操作条件。结果表明:各反应器对鞣酸的去除效果为:电/CuO/γ-Al2O3>电/Fe2O3/γ-Al2O3>电/Fe2O3/13X>电/γ-Al2O3>电/13X分子筛>电/石英砂,其中电/CuO/γ-Al2O3反应器对鞣酸的去除率最高。以γ-Al2O3和13X作为绝缘填料时,其电耗明显低于石英砂电化学体系,负载催化剂后,电耗进一步降低,电流效率均明显优于石英砂电化学体系。在电解电压20V,Na2SO4浓度1000mg/L,CuO/γ-Al2O3为催化剂,初始鞣酸浓度100mg/L,pH值5.35的优化操作条件下,电-多相催化氧化法对鞣酸的去除率为90.8%,电耗为99.1KWh/kgCOD,且处理效果好于多相催化氧化法。
在电-多相催化氧化反应器中降解鞣酸时,鞣酸发生了氧化反应,且反应同时涉及扩散和吸附两种过程,降解的主要途径是阳极直接氧化和间接电化学催化氧化,后一种过程类似于多相催化H2O2的氧化过程,即反应器中副反应产生的H2O2在多相催化剂的作用下生成氧化性极强的羟基自由基·OH,有效降解鞣酸。处理前后的紫外、红外光谱和液相色谱-质谱分析图表明:鞣酸经电-多相催化氧化处理后,分子中的酚羟基数量显著减少,大分子结构被破坏,分子中的大部分苯环结构开环降解成小分子物质。