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城市垃圾转运站渗滤液的处理一直是转运站设计、运行和管理中非常棘手且必须解决的问题。渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,若不加以处理直接排入环境,会造成严重的环境污染[1]。传统的生物法处理渗滤液效果不佳,受水质影响严重,且处理周期长。催化湿式氧化技术(CWPO)作为高级氧化技术的一种,具有反应迅速、适应性广、无二次污染等优点,对去除废水中的有毒、难降解的可溶有机物(DOM)效果较好,在处理垃圾渗滤液的应用上具有一定的前景[2-3]。在反应过程中添加催化剂,可以降低系统的压力和温度,有利于提高有机物的降解效率,缩短反应时间,降低成本。因而新型高活性、高稳定性的催化剂的研制是当前的研究热点[4-5]。
碳纳米管作为一种新兴的催化剂,有着优良的力学性能和吸附性能,具有耐高温、耐酸碱等特点。在最近的研究中发现,碳纳米管在水处理中具有较高的催化效率[6-9]。但是由于其粒径太小,管的外径一般为几十纳米到几百纳米,而其长度一般为微米级,导致碳纳米管的回收率并不高。碳纳米管作为催化剂和吸附剂被大量使用后,新的环境问题也呈现出来:反应结束后,很难分离,排入水体不仅造成资源的浪费而且广泛存在于环境中,新的环境风险也应当被重视。GHOSHA等[10]探究了多壁碳纳米管对植物DNA有一定的损伤,YAN等[11]也报道了单壁碳纳米管对植物根系的影响破坏。近几年来,磁分离作为一种物理回收技术在水处理中获得了许多成功的应用,显示出高效、快速、经济等诸多优点。因此,本课题考虑制备出一种能易于回收且具有高效催化性能的碳纳米管催化剂。
本研究通过化学沉淀法和热处理制备磁性多壁碳纳米管催化剂,应用于垃圾渗滤液的催化湿式氧化实验中,多次重复实验,探究其在处理垃圾渗滤液的反应过程中的活性和稳定性,并计算催化剂的回收率,为相关研究提供参考。
基于易回收的磁性碳纳米管催化湿式氧化处理垃圾渗滤液中的DOM
Catalytic wet oxidation of DOM in landfill leachate based on the recyclable magnetic carbon nanotubes
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摘要: 采用液相化学沉淀法制备了易于回收的磁性碳纳米管催化剂,应用于催化湿式氧化实验处理垃圾转运站渗滤液。结果表明,在反应温度为200 ℃,n(COD)∶n(H2O2)=1∶1.8,时间为60 min,催化剂添加量为0.1 g·L−1的最佳条件下,垃圾渗滤液的COD去除率达到86.38%。出水可溶解性有机物(DOM)的紫外和三维荧光分析表明,实验对芳香族化合物和腐殖质的去除效果良好,可生化性提高。磁性碳纳米管在外加强磁场作用下30 s内便可实现快速分离,重复5次使用回收率可达90%。Abstract: A recyclable magnetic carbon nanotube catalyst was prepared by liquid phase chemical precipitation method, and used in wet oxidation experiment to treat leachate in waste transfer station. The results showed that the COD removal rate of landfill leachate reached 86.38% under the optimum conditions: reaction temperature of 200 °C, n(COD)∶n(H2O2)=1∶1.8, time of 60 min and 0.1 g·L−1 catalyst dosage. The UV and three-dimensional fluorescence analysis of soluble organic matter (DOM) in effluent showed that good removal effect occurred for aromatic compounds and humus, and the biodegradability was improved. The magnetic carbon nanotubes could be quickly separated within 30 s by the external magnetic field, and its recovery rate could reach 90% after 5 times recylce.
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表 1 溶解性有机物的主要荧光峰
Table 1. Main fluorescent peaks of DOM
荧光峰 激发波长/nm 发射波长/nm 溶解性有机物种类 A 350~440 430~510 类腐殖酸 B 240~270 370~440 紫外区富里酸 C 310~360 370~450 可见光区类腐殖酸 D 220~230 280~310 低激发波长类酪氨酸 E 270~280 280~310 高激发波长类酪氨酸 F 220~280 320~350 低激发波长类色氨酸 表 2 处理前后 DOM的荧光光谱参数
Table 2. Fluorescence spectrum parameters of DOM before and after treatment
垃圾渗滤液 r(B/C) r(F/B) r(F/E) f(450/500) 原液 0.574 0.496 3.404 1.914 最优 0.745 0.697 0.823 2.011 注:r(B/C)、r(F/B)和r(F/E)表示各分区内的荧光峰强度的比值,f(450/500)表示激发波长和发射波长分别在450 nm和500 nm处的荧光峰强度的比值。 表 3 处理前后DOM的紫外光谱参数
Table 3. UV spectrum parameters of DOM before and after treatment
垃圾渗滤液 UV254 UV280 UV410 E253/203 E250/365 原液 1.991 1.663 0.119 0.481 3.177 最优 0.313 0.205 0.014 0.130 11.239 -
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