活性炭催化劑去除苯胺和苯并噻唑廢水

　　苯胺和苯并噻唑是廢水中頑固的化合物，這些化合物很難通過傳統(tǒng)技術去除。像這種污染物的產(chǎn)生卻是日常使用的產(chǎn)品，通過農(nóng)業(yè)、工業(yè)、運輸和能源等活動不斷添加到水生環(huán)境中。為了在廢水中去除這兩種頑固化合物，我們研究了在流化床反應器中操作的多相光催化的組合，以增加傳質并減少反應時間。該工藝使用負載在具有環(huán)保特性的活性炭上的二氧化錳催化劑。來實現(xiàn)高去除率和礦化率，并有助于將該工藝擴大到工業(yè)水平，用于處理含有頑固污染物的工業(yè)廢水。

　　UV-A中試設備描述和實驗程序

　　苯胺和苯并噻唑包含在工業(yè)廢水在測試規(guī)模下的UV-A-光反應器中除去圖1。是由一個46cm長、2.10L不銹鋼管式反應器和一個25W多色UV-A燈組成，由石英保護管并軸向定位在圓柱形不銹鋼光反應器中。實驗以分批模式運行。

　　圖1：中試規(guī)模的流化床光反應器示意圖，用于從工業(yè)廢水中去除苯胺和苯并噻唑的光催化和吸附實驗。

　　活性炭催化劑等表征

　　光催化過程中使用的復合結構類型可以決定結果。圖2顯示了粉末二氧化錳、活性炭和活性炭載錳催化劑結構的SEM和HRTEM圖像。圖2a、b表明α-MnO2相具有典型的針狀基本八面體結構形態(tài)，長約3mm，寬約50-250nm，質地光滑。在使用不同氧化錳相進行的比較研究中。如在所示圖2B中，在非晶結構中的缺陷可能陷阱激發(fā)的電子，延長載流子，其中的一些作者在有機污染物降解效率有相關的增加分離。然而，觀察到顆粒團聚的形成，這可能導致可用于光催化反應的催化劑活性位點數(shù)量減少。圖2c、d顯示了微孔顆粒活性炭的典型結構，具有高度粗糙的邊緣、不規(guī)則的空腔和細小的開孔。相比之下，圖2e和f中的圖像顯示海綿狀α-MnO2尺寸約為5µm的納米顆粒，負責增加孔的外表面和內(nèi)部。此外，納米顆粒分散良好，增加了光催化劑表面的不均勻性，有助于形成無團聚顆粒的多孔結構，從而防止孔隙堵塞，從而降低新復合材料的催化和吸附性能。EDX光譜的半定量元素分析表明存在錳和活性炭。

　　圖2：SEM(左)和HRTEM(右)結構顯微照片：(a，b)α-MnO2納米顆粒;(Ç，d)活性炭(e,f)合成了活性炭載錳復合材料。

　　活性炭復合光催化去除廢水中苯胺和苯并噻唑的測試

　　活性炭是廢水處理行業(yè)中常用的吸附劑，用于截留大部分污染物。使用含有苯胺和苯并噻唑的工業(yè)廢水，比較了吸附和光催化過程對活性炭載錳復合材料的去除性能圖3。與吸附過程相比，光催化劑輻照顯著改善了苯胺和苯并噻唑的去除，無論是在輻照5小時后完成的初級降解方面，還是在礦化方面均達到86%，表明活性炭催化劑具有光催化活性。為了確定沉積在活性炭上的α-MnO2的貢獻，比較了光催化過程和活性炭的吸附能力，該活性炭是用作制備載錳活性炭催化劑復合材料的載體。結果是活性炭的UV-A照射對苯胺和苯并噻唑的去除或礦化沒有影響，無論溶液的pH值如何。這些發(fā)現(xiàn)證實沒有α-MnO2的活性炭在使用光源時不表現(xiàn)出光催化活性。

　　圖3：活性炭催化劑的吸附和光催化過程的去除效率。(a)初級降解，(b)礦化。

　　活性炭光催化和處理成本估算后的穩(wěn)定性

　　活性炭光催化劑在連續(xù)循環(huán)中持續(xù)保持其對苯胺和苯并噻唑去除的催化活性的能力對其實際應用至關重要。因此，活性炭光催化劑經(jīng)歷了六次使用循環(huán)。如圖4所示，光催化劑在連續(xù)六個1小時反應循環(huán)后顯示出相似的催化活性，保持84.7%的苯胺初級降解和67.0%的苯并噻唑初級降解，以及81.6%的礦化。

　　圖4：使用活性炭催化劑在六個重復循環(huán)內(nèi)對苯胺和苯并噻唑進行光催化降解的可重復使用性測試。(a)苯胺和苯并噻唑的初級降解(b)礦化。

　　活性炭催化劑用于在流化床光反應器中處理含有苯胺和苯并噻唑的工業(yè)廢水。對材料特性的研究強調了通過XRD分析在復合材料中存在α-MnO2晶體。類似地，SEM、HRTEM和AFM圖像顯示MnO2顆粒在活性炭表面上具有良好的分散性。經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，在反應1小時后，苯胺和苯并噻唑的去除率分別為84.7%和67.0%，礦化率為81.6%。表明本研究中處理的污水具有返回水環(huán)境的合適佳條件。新型活性炭光催化劑在六次循環(huán)后表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，經(jīng)濟處理成本很合適，從而顯示出實際應用的潛力。

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