文摘
photo-Fenton氧化过程来降解亚甲基蓝(MB)使用氢氧化污泥/ hydrochar-Fe复合作为催化剂由物理活化氢氧化生污泥从饮用水处理厂和hydrochar-Fe准备从两相水热碳化橄榄油厂浪费。准备复合特征的XRD、SEM、EDS、ICP和傅立叶变换红外光谱。主要参数的影响,包括pH值、H2O2浓度和剂量的复合MB的去除进行了研究。结果表明,H的MB脱色率增加而增加2O2浓度和催化剂添加;然而,进一步提高在H2O2浓度和催化剂用量不可能导致增加MB的去除效率。在150分钟之内就完成了95%的高降解在天然紫外线辐照下pH值(pH = 5),催化剂装载2.5 g / L, H2O2剂量的14.68 mol / L, m 50 mg / L的浓度。回收研究显示92%的MB脱色后三个周期和使用复合的另一个染料的降解(甲基橙)显示99%的退化,证明这种复合催化剂是一种很有前途的异构photo-Fenton长期去除染料工业废水。
1。介绍
氢氧化物污泥(HS)是一个副产品从coagulation-flocculation过程使用铝或铁基盐沉淀粘土,胶体粒子,藻类,从水资源和腐殖质物质1]。商品不同的化学成分取决于水的来源接受治疗以及所使用的混凝剂的类型。由于其高产量和环境级处理垃圾,一些研究人员付出了相当大的注意在不同的应用程序中使用这种浪费特别是低成本。这些应用程序包括利用海关清除重金属的2)、陶瓷制品(3)、水泥和混凝土生产(4),作为橄榄油厂废水的混凝剂和吸附剂(5和废水处理6,7]。
废水管理,特别是有色废水,是一个主要的职业为纺织、纸浆、塑料等行业。这些废水难以处理,因为高浓度的染料,合成的起源和一个复杂的分子结构,使其更稳定,几乎可降解8]。几项研究列出许多染料对环境和人类健康的影响9- - - - - -11)和他们的必要性从有色废水在排放之前删除12- - - - - -14]。亚甲蓝(MB)是一个很好的阳离子偶氮染料的代表,在外界条件下不分解,并且通常是对古典生物处理。传统物理化学技术,如吸附、凝固和反渗透是最常用的去除MB从水的解决方案15]。然而,这些方法只能积累MB和不能染料转化为无害的。
在水处理领域的近期发展导致的氧化降解过程的改善有机化合物在水介质中,由于催化方法的应用程序(9,16- - - - - -21]。新的治疗过程出现在过去的二十年,包括先进的氧化过程(aop),已被证明是非常有趣的退化的顽固的有机分子(22- - - - - -27]。aop过程是基于极活性自由基的生产如(•OH)和(•O2)来消除有机材料的氧化和转换成小而稳定的分子H2O和有限公司2最后(28]。这些过程包括一系列的方法包括臭氧化、照片催化、电化学氧化、和芬顿反应。这些治疗过程包括生成高活性,非选择性羟基自由基(OH•),促进完成水污染物的矿化在二氧化碳,水和其他矿物离子(29日,30.]。
在不同aop、芬顿氧化过程,即。铁之间的反应盐和H2O2已经被确认为年代,一种有效的方法生产•OH自由基,可以提高有机污染物的转化低毒或无毒的物种。(31日- - - - - -34]。photo-Fenton过程类似于芬顿过程除提供更高效率利用辐照加速•哦自由基产量。然而,有限制的传统芬顿photo-Fenton氧化,如pH值范围狭窄,大量的铁污泥产生,失活的铁络合试剂和催化剂回收困难31日,35,36]。为了克服这些缺点,提出了异构芬顿过程使用各种催化剂对染料的降解,如铁2O3-SiO2(29日),污水污泥生物炭(32[],Fe-impregnated生物炭催化剂16),和磁性铁2莫4(M:铁、锰)激活碳37),氧化锌纳米棒的表面活性炭从农业废弃物(38]。异构催化剂的性能强烈依赖于活动网站的分布。为了给一个说法的活跃领域网站,催化剂种类通常是固定在多孔表面。最近,相当大的兴趣已应用生物炭作为一种环保、低成本、和多孔支持主机催化剂种类(16,32]。生物炭也表现出积极的影响通过H•哦的加速生产2O2分解。
在这项工作中,一个挤压氢氧化污泥/ hydrochar-Fe (HS / HC-Fe)复合制备及其photo-Fenton催化活动在MB的分解和甲基橙(MO)评估在紫外线照射下过氧化氢的存在(H2O2)。不同质量比的影响氢氧化污泥和HC-Fe之间,pH值,H2O2浓度和催化剂用量进行了讨论。催化剂的稳定性也在调查中。
2。材料和方法
2.1。材料
氢氧化污泥(水分51%)提供饮用水的生产工厂在马拉喀什,摩洛哥。HC-Fe准备从两相水热碳化橄榄轧机(TPOMW)和FeCl浪费3;协议之前已经提到在另一项研究[11]。
亚甲蓝(MB) (C16H18ClN3年代,纯度≥97%,阳离子染料)购买从西格玛奥德里奇和甲基橙(MO) (C14H14N3NaO3年代,阴离子染料)被用作污染物模型。所有其他化学物质如H2O2H2所以4,和氢氧化钠的分析试剂级。所有解决方案都用蒸馏水。
2.2。催化剂的制备
在这项研究中使用的复合材料被挤压和物理活化(图准备1)。挤压,大量HC-Fe和大量的氢氧化湿污泥;商品的质量比率HC是1:0,1:1,2:1和3:1,手动和混合物混合抹刀,直到一个可塑的粘贴。然后准备面团受到挤压。使用的决定性的是手动压力挤出机,一个包含七十不锈钢制粒机圆柱孔直径(0.4毫米和0.6毫米长度)。挤压混合然后转移到800°C的管式炉1小时。冷却到室温后,产品存储供以后使用。
2.3。描述
水晶阶段是由X射线衍射分析(XRD、潘'PERT分析X衍射仪)。形貌和元素组成特点是通过扫描电子显微镜(能谱,VEGA3 TESCAN显微镜)。催化剂的表面化学分析了傅里叶变换红外光谱法(ir,伯克顶点70)。电感耦合等离子体原子发射光谱(icp - aes,创世纪2 c)是用于测定样品中无机元素的浓度。
2.4。实验程序
Photo-Fenton实验进行反应器配备三个UVA灯处理Pyrex的3厘米直径;每个灯都有一个波长在345和400 nm之间的间隔和15 W的力量。使用一个包含1 L玻璃烧杯解决方案的MB (50 mg / L)在室温和在自然pH值(pH = 5),给定的H2O2和催化剂加入烧杯和解决方案是使用电磁搅拌器混合。pH值与稀释调整H2所以4或氢氧化钠对pH值对MB去除的影响进行调查。在预选时间间隔,少量的解决方案是和吸光度测量立即使用紫外可见分光光度计(Secomam Uviline 9400分光光度计)的特征波长对应于最大吸光度(660海里)。残留浓度的值是通过使用校准曲线插值染料溶液的吸光度与浓度之间。
MB删除由下列公式计算: 在哪里C0MB的初始浓度(毫克/升);Ct是MB在另一个给定的辐照时间的浓度(毫克/升)。
催化剂的回收测试是由连续的重用。实验后,催化剂分离和蒸馏水清洗,然后在100°C干12 h。催化剂被用于另一个最佳条件下氧化周期。铁离子的内容来自异构催化剂的降解解每次循环后发现使用电感耦合等离子体原子发射光谱(icp - aes,创世纪2 c)。
最优复合MB的去除也评估在相同条件下,评估其降解甲基橙的能力。
3所示。结果与讨论
3.1。复合效应在不同的商品/ HC-Fe比率MB的Photo-Fenton氧化降解
HS / HC-Fe复合材料具有不同质量比例的催化降解申请MB在紫外线照射下的H2O2在自然博士之间的质量比的影响下HS和HC-Fe法制备的复合材料的催化活性如图2。MB的去除百分比photo-Fenton 150分钟后反应和使用商品/ HC-Fe 1: 0, 1: 1, 2: 1和3:1质量比例,分别为21%,80%,85%,75%。可以显示,MB降解效率提高与HS / HC-Fe质量比增加。然而,下降趋势观察当增加HS / HC-Fe质量比超过2:1。当我们通过3:1、减少活动网站的效果照片HC-Fe降低了催化活性;高铁物种HC-Fe活跃网站的可访问性可以促进商品之间的比例和HC-Fe较低(39]。增加比例将降低铁浓度,因为有更多的铁在HC-Fe海关根据ICP(表1)。MB的降解效率高是通过使用复合2:1 HS / HC-Fe质量比。这个组合被选中在接下来的实验。
3.2。HS / HC复合特征
傅立叶变换红外光谱图3显示的表面官能团和化学键HS, HC-Fe,和2:1复合。如图3光谱对HS和2:1复合显示相同的峰值,而他们的强度是不同的。乐队在3437年和1636厘米−1相关联地拉伸和弯曲振动,分别为(1]。光谱的HC-Fe,乐队位于1394厘米−1可能是由于亚甲基甲基和其他610债券的变形(CH)芳香族化合物。广泛的高强度乐队在1038厘米−1与不对称Si-O拉伸振动和Si-O-Si对称拉伸被分配在800厘米−1(40]。乐队在471厘米−1有关的伸缩振动和弯曲振动Si-O-Fe [9]。乐队在530厘米−1被分配到一个Fe-O不对称伸缩振动(41]。这是注意到乐队强度651至471厘米−1增加HC-Fe和海关的时候。
x射线衍射分析用于获得结构信息从我们的样品。x射线衍射模式如图4表明大多数的山峰中发现复合衍射图对应于菲3O4(代码:01-076-0955)和SiO2(石英,代码:01-085-0794)。商品的结构以及HC-Fe以前被Chahid et al。5分别]和IZGHRI et al。(11]。结果表明,HS包含主要SiO2(石英)和HC-Fe含有铁2O3(磁赤铁矿)。
电子显微镜图像呈现在图5显示商品的形态和微观结构、HC-Fe和2:1复合。图片显示HS之间的明显变化,Fe-HC,和复合,许多小颗粒出现在复合材料的表面。EDS光谱(数据5 (d)- - - - - -5 (f)2:1)复合清楚地揭示了高铁含量的催化剂,表明铁可能组合上的负载。铁的含量的样品也由ICP(表1),铁含量从6.93%增加到11%时,HC-Fe与污泥混合。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
3.3。MB在不同系统的脱色
调查的MB在不同条件下,实验进行了单独与光,H2O2独自一人,光+ H2O2,2:1复合+光,2:1复合+ H2O2,2:1复合+光+ H2O2,分别。MB在不同实验条件下的降解曲线呈现在图6。光,H2O2独自一人,光+ H2O2无法显著降低MB在150分钟,和降解效率是微不足道的。MB的脱色效率是30%和59%,分别在150分钟被吸附和异构芬顿氧化2:1在黑暗中复合;然而,降解效率大大提高85%紫外线照射下在150分钟。类似的结果由几个作者的紫外线照射;改进了BM的退化42,43]。根据文献,photo-Fenton比独自芬顿过程更有效率。一个et al。44]研究了去除甲基紫的Fenton和photo-Fenton流程。他们观察到49.8%的龙胆紫在黑暗中120分钟内删除和增加退化92%在120分钟内光的存在。另一项研究由原主et al。45)除甲硝哒唑降解显示更高的百分比与photo-Fenton过程相比,芬顿过程。然后更好的MB降解可以使用复合时,获得H2O2和光。
3.4。H的影响2O2浓度、催化剂用量、pH值在MB移除
过氧化氢的浓度是一个主要因素在异构photo-Fenton系统创建的羟基自由基(OH),和H的效果2O2浓度在MB的脱色研究采用2.5 g / L的复合和50 mg / L MB浓度下自然博士在这个实验中不同浓度的H2O2了从6.52毫米到18.58毫米。如图7(一)MB的去除效率增加,增加H2O2浓度从6.52到14.68毫米以下的增加哦。激进分子。然而,进一步提高在H2O2浓度并不适合photo-Fenton反应和诱导的去除效率下降。这是由于perhydroxyl自由基的生成组合造成的额外的H2O2与羟基自由基(10,29日]。为即将到来的实验进行降解MB photo-Fenton反应,浓度为14.68毫米H2O2是使用。
(一)
(b)
(c)
复合材料用量的影响在MB的降解效率也研究了不同浓度的复合从0.5到3 g / L。我们可以看到在图7 (b),去除效率迅速从70%上升到95%,催化剂用量的增加从0.5到2.5 g / L。然而,进一步提高复合材料用量3 g导致MB减少脱色率。事实上,增加催化剂数量高达2.5 g加速从水溶液的MB,因为更多•自由基是由更高的复合加载。在催化剂用量> 2.5 g,羟基自由基的清除和减少退化主导过度金属物种的存在,MB的生产•激进分子(46]。相信HO•自由基的生成是有利于催化剂在高载荷直到某些限制超出这个极限分开HO HO•激进分子被self-scavenging的•激进分子被铁物种,这减少了MB降解率(11,47]。此外,过度的催化剂减弱光的渗透,减少可用的辐射(33]。鉴于上述情况,催化剂用量为2.5 g被选为最佳的研究。
主要报道,溶液的pH值可以显著影响催化效果在photo-Fenton反应(48]。在目前的研究中,pH值的影响也被考虑在内。一般来说,有一个大协议在文献中关于最佳pH值,接近3。的酸碱3是Fenton和photo-Fenton过程是最有效的49]。我们研究了反应50 mg / L的MB, 14.68毫米的H2O2,2.5 g / L 2: 1复合在紫外线下照射在不同pH值,3至6。图中所示的数据7 (c)表明,降解率几乎相同的pH值3,4,5。这个结果表明,2:1复合photo-Fenton催化剂可以有效地工作在一个广泛的pH值。轻轻MB降解效率降低pH = 6。MB的去除效率的减少趋势可以解释在溶液中羟基自由基的浓度下降随着pH值(50]。
3.5。紫外可见光谱研究
图8说明了MB的紫外可见吸收光谱在降解过程中水溶液通过H2O2催化2:1在紫外光照射条件下复合。的主要吸收带MB被认为在665 nm,反映了它的强度浓度的解决方案。MB的退化是清楚地证明了这一点的变化带强度的紫外可见吸收光谱,150分钟内几乎完全消失了。MB的生色团负责颜色特征分解和MB已经退化。
3.6。甲基橙降解合成和应用程序的可重用性
为了评价催化剂的可重用性,连续5 MB的去除效率是评价photo-Fenton反应与最优组合最优条件下((MB) = 50 mg / L (H2O2)= 14.68毫米(复合)= 2.5 g / L和自然pH值)。后的第一反应,复合分离很容易从反应溶液与蒸馏水冲洗后重复实验,然后干大约100°C。如图9,2:1的退化性能复合是保持略微减少四重用周期后去除效率从95%提高到92%。在第五周期中,复合材料的催化活性开始下降,可能是由于失活的催化剂通过小分子污染物的沉积在其表面另外,和浸出试验表明,淋滤铁五个周期小于0.005%。穷人溶解的铁意味着多相催化主要是负责BM的退化。
最有效的复合移除MB也评估删除莫在同样的最佳条件。图10显示了莫脱色效率作为时间的函数在不同的系统:莫+ H2O2密苏里州密苏里州+复合+复合+ H2O2,和莫+复合+ H2O2+紫外线。密苏里州的去除率和H2O2只可以忽略不计,密苏里州的最大转换达到稳态后7%的140分钟的反应时间。复合单独使用时,由于获得了35%变色的莫莫的吸附材料。的情况下,复合和H2O2反应混合物中共存,删除莫45分钟后达到60%,这可能是由两个过程定义的。一个结果从密苏里州的吸附的表面复合,主要导致变色MO的20分钟。另一个是归因于这种有机染料的氧化氢氧自由基造成芬顿反应。复合的结合和紫外线辐照结果完全删除的颜色,表明衰落的改善效率超过99%。这个结果验证紫外线的作用以促进良好的铁氧化物分散。比较这些结果与报道的在其他的研究中,一个非常高的删除莫photo-Fenton性能是通过使用低浓度的H2O2(23,29日,51]。这些结果表明氧化染料的合成的能力。
3.7。与其他方法相比
表2比较结果的脱色效率和反应时间,在白发的人面前2:1组合提出了工作,其他以前公布的结果,考虑到不同的治疗方法,如吸附、Fenton-like, photo-Fenton,异构芬顿氧化。从表可以看出2的H2O2集中在这个工作需要要短得多,除了Photo-Fenton /铁(II)铁(III)类。与此同时MB的脱色效率是超级。此外,比较与其他报道的催化剂(52,54,55)显示了广泛的pH值为2:1复合,建议2:1在photo-Fenton反应复合是一个很好的候选人。这些结果表明,每个催化系统行为不同,实现最大和最优条件删除MB无法轻易推断从一个系统到另一个地方,这是类似于前面的报道(41]。
4所示。结论
在目前的研究中,一系列的挤压HS / HC-Fe复合催化剂合成了激活MB的退化和莫。照片催化氧化实验,2:1复合展出活动允许脱色效率最高为95%,表明适当增加HC照片可以促进催化过程。挤压复合可以很容易分离和可重用性研究表明,2:1组合表现出很高的活动退化的MB 3重复使用后,在MB的脱色效率达到91%。2:1的使用复合甲基橙降解允许脱色效率高达99%。最重要的是,复合可以接近中性pH值条件下有效地工作。因此,复合催化剂将被视为一个新的经济和环保的照片从溶液去除有机污染物的催化剂由于其成本低,无毒的特性,以及催化性能高的照片。
数据可用性
数据可以按要求采购。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢中心的分析和表征(CAC)的下级法官Ayyad大学摩洛哥马拉喀什。