[发明专利]一种基于CNTs/Fe3O4三维电-Fenton提高兰炭废水可生化性的方法

说明书

技术领域

本发明属于化学技术领域，涉及一种基于CNTs/Fe₃O₄三维电-Fenton降解兰炭废水的方法。

背景技术

兰炭废水是典型的高浓度、难生物降解的工业废水，其水质类似于焦化废水。目前，焦化、兰炭厂广泛采用的处理方法为：按常规方法先进行预处理，从高浓度污水中回收利用污染物；然后利用生物法进行二次处理。但是采用该技术，出水很难达到国家规定的排放标准，因此，很难满足日益提高的环保要求。针对焦化废水，研究学者提出了多种方法，如生物强化技术、焚烧法、催化湿式氧化法及超临界水氧化法等，但实际能够经济、有效处理焦化废水的甚少。其中，催化湿式氧化法较能够经济可行的处理焦化废水。对于兰炭废水的研究鲜有报道，而由于兰炭废水浓度要比焦化废水高出10倍左右，属于典型的高浓度、难生物降解的废水。因此，本文提出采用高效处理高浓度、难生物降解的三维电-Fenton氧化法处理兰炭废水，提高其可生化性。

电-Fenton氧化法能够对有毒有害废水进行有效处理，但是限制其应用的决定性因素之一是电流效率不高，虽然碳纳米管的出现给阴极扩散电极带来希望。高效、稳定将污染传质在电极表面是污染物有效降解的关键，三维电极的构想正好解决了这一问题，三维电-Fenton是一种新型的电化学水处理技术，它针对二维平板电Fenton法传质效果差、电流效率低、能耗高的缺点，将粒子电极引入到电Fenton体系中，增大了工作电极的表面积，改善了传质效果，提高了电流效率，避免均相Fenton形成的二次污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于CNTs/Fe₃O₄三维电-Fenton降解兰炭废水的方法，旨在利用CNTs/Fe₃O₄在弱酸性介质中部分溶出Fe离子和CNTs/Fe₃O₄的吸附性和导电性，吸附废水中的有机污染物，然后通过磁场将其吸附在阴极电极附近，在曝气的条件下可以通过阴极的生成Fenton反应，如此反复操作。同时，结合Sb掺的钛基SnO₂的催化氧化能力，直接产生·OH，进行有机物阳极氧化的方法，用于焦化废水的处理。在此法中阴极和阳极之间不使用隔膜，有机物在含氧自由基的作用下降解为低碳数的继后中间物，这种反应迅速进行，直到所有分子碎片氧化为CO₂和H₂O，从而提高了电流效率，节省了电能消耗。本发明用于三维电-Fenton氧化处理兰炭废水的并初步探讨工艺参数对三维电-Fenton氧化的影响，为兰炭废水的处理寻求一条经济可行的途径。其具体技术方案为：

一种基于CNTs/Fe₃O₄三维电-Fenton降解兰炭废水的方法，包括以下步骤：

(1)取200mL兰炭废水，通入空气，以石墨为阴极，Ti/SnO₂为阳极，加5V电压电解，出现大量的黑色泡沫，直到不再有气泡产生，需要1h；

(2)经过(1)处理完的兰炭废水pH为7，用硫酸调节pH为3，加入1g/100mL的CNTs/Fe₃O₄为三维电极粒子，以石墨为阴极，Ti/SnO₂为阳极，通入空气，12V电压下电解，每30min测定一次BOD₅和COD_Cr的值；

(3)绘制BOD₅/COD_Cr的值随时间的变化图。

进一步优选，所述CNTs/Fe₃O₄复合材料的合成包括以下步骤：

a1碳纳米管纯化先用65wt％硝酸对碳纳米管进行纯化预处理，将预处理后的碳纳米管用超纯水清洗至中性，放入在105oC真空干燥箱中烘干，得到纯化后的碳纳米管；

a2材料的制备将5.9g步骤a1纯化碳纳米管加入到4.0gFeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O，按1.75：1物质的量混合配成200mL水溶液，氮气保护下超声10min，然后置于65℃的恒温水浴中，搅拌并同时逐滴滴加氨水，直至pH=9～10时停止加氨水，将温度调至70℃继续搅拌反应30min，停止反应，用磁铁静止沉淀，用去离子水和无水乙醇反复洗涤到中性溶液，置于85℃真空干燥箱干燥6h；