專利名稱：一種降解有機廢水的微波催化劑及其催化氧化降解方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于催化氧化降解有機廢水領(lǐng)域，特別涉及一種在微波場下降解有機廢水的方法。
背景技術(shù)：
很多工業(yè)過程中都能產(chǎn)生有機廢水，其主要來源是造紙、染料、制藥、有機合成、石油煉制、農(nóng)藥生產(chǎn)等工業(yè)廢水。有機廢水成分復(fù)雜，難降解，可生化性差，色度高，脫色困難等特點。這類廢水進入環(huán)境中，對生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重的危害。因此探究能使有機廢水有效降解的新方法來治理環(huán)境污染是迫切需要的。目前用于降解有機廢水的方法主要有物理吸附法，生物脫色法，超聲降解，光催化降解，濕式空氣氧化法，微波輔助光催化降解法。生物法，處理時間長，不能完全降解廢水中的污染物，吸附法不能降解污染物，只是將它們的狀態(tài)進行轉(zhuǎn)移，光催化法降解只適合低濃度有機廢水的處理，且處理時間長。濕式空氣氧化法是在高溫、高壓下，以空氣為氧化劑，能耗大，對設(shè)備要求高。超聲降解處理時間長，降解效率低。微波輔助光催化降解法，實質(zhì)上用微波輔助方式強化光催化效果，還是沒有完全脫離光催化，降解時間可減少，但不能處理高濃度有機廢水。針對上述難點，我國近年來提出了下述的改進方法，采用微波技術(shù)。微波技術(shù)是一種新型的廢水處理技術(shù)，近年來受到越來越廣泛的關(guān)注。有很多文獻報道運用微波技術(shù)處理廢水，如華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所利用微波輔助光催化氧化法，處理有機廢水活性艷紅X-3B，400mg/LX-3B在反應(yīng)150min時的脫色率由UV/Ti02體系的7.07%、MW體系的13.52%提高到了 MW/UV/Ti02體系的56.35%，雖然相對于光催化處理效果有所增加，但是依然存在處理時間長，處理效率低的問題。重慶大學(xué)利用微波與無機氧化劑氧化法，處理甲基橙廢水，但是此種方法對氧化劑的依賴性很強，且氧化劑的利用率低，導(dǎo)致處理成本大。還有一些研究者在運用微波技術(shù)時，加入了如雙氧水、二氧化氯等氧化劑，這些方法還是沒有脫離傳統(tǒng)的氧化技術(shù)。綜上所述，微波技術(shù)的強大功效還沒有完全開發(fā)，難以實現(xiàn)高效、經(jīng)濟地處理有機廢水的理念。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的處理效率低、時間長、氧化劑利用率低以及處理成本高等缺陷，提出一種新的降解有機廢水的微波催化劑以及降解方法，采用本發(fā)明的催化劑以及降解有機廢水的方法，能夠完全降解有機廢水，處理時間短，處理效率高，設(shè)備運行簡
單，無二次污染。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種降解有機廢水的微波催化催化劑，其中該催化劑具有多孔結(jié)構(gòu)且能夠吸收微波，所述的吸收微波是指該催化劑在有水分子存在的情況下，通入氧氣或空氣，在微波照射下產(chǎn)生大量的羥基自由基(.0Η)。上述的降解有機廢水的微波催化劑，其中該催化劑包含如下組分:(I)吸收微波組分，包括金屬、金屬氧化物、鐵酸鹽尖晶石以及活性炭中的至少一種；以及(2)多孔結(jié)構(gòu)的載體。上述的降解有機廢水的微波催化劑，其中所述的金屬為鈦、鐵、鈷、鎳、銅、鎂、鑰、鉍、鎢中的一種或多種，所述的金屬氧化物為金屬鈦、鐵、鈷、鎳、銅、鎂、鑰、鉍、鎢的氧化物中的一種或多種。上述的降解有機廢水的微波催化劑，其中所述的多孔結(jié)構(gòu)的載體為活性炭、鐵酸鹽尖晶石中的一種或兩種。上述的降解有機廢水的微波催化劑，其中所述的鐵酸鹽尖晶石為MgFe2O4或MgFe2O4-Fe2O3中的一種或兩種。一種采用上述降解有機廢水的微波催化劑降解有機廢水的方法，包含如下步驟:(I)采用微波催化劑:該催化劑具有多孔結(jié)構(gòu)且能夠吸收微波，所述的吸收微波是指該催化劑在有水分子存在的情況下，通入氧氣或空氣，在微波照射下產(chǎn)生大量的羥基自由基(.0Η)；(2)微波催化劑與廢水混合:采用微波催化劑均勻的懸浮在廢水中、廢水均勻流經(jīng)微波催化劑懸浮床層或填裝有微波催化劑的固定床組成的微波催化劑反應(yīng)床層兩種方式中的一種實現(xiàn)微波催化劑與廢水混合，形成固液混合液；(3)微波降解:采用微波對固液混合液進行輻照2-30分鐘，使固液混合液發(fā)生氧化反應(yīng)。上述的微波催化氧化降解有機廢水的方法，其中所述的步驟(2)中有機廢水濃度為 10-1000mg/L。上述的微波催化氧化降解有機廢水的方法，其中所述的步驟(2)中有機廢水為甲基橙廢水、結(jié)晶紫廢水以及含酚廢水中的一種或幾種。上述的微波催化氧化降解有機廢水的方法，其中所述的步驟(2)中有機廢水中的有機物與復(fù)合催化劑的重量比為1: 2-450。上述的微波催化氧化降解有機廢水的方法，其中所述的步驟(3)中微波的功率為200-800W。采用本發(fā)明的方法，具備如下優(yōu)點:1、微波催化反應(yīng)氧化降解技術(shù)處理廢水降解效率高，4-硝基苯酚降解率> 99%,結(jié)晶紫廢水降解率> 99%,甲基橙廢水降解率也可達到> 99% ;而一般光催化技術(shù)降解率85% -95% ；2、微波催化反應(yīng)氧化降解技術(shù)使用微波催化劑；不會受廢水渾濁影響；光催化技術(shù)使用光催化劑，一般為粉末，廢水渾濁使光催化效率降低；3、微波催化反應(yīng)氧化降解技術(shù)可處理高濃度難處理的有機廢水，光催化技術(shù)一般處理廢水濃度低；4、微波催化反應(yīng)氧化降解技術(shù)不使用其它試劑；光催化技術(shù)常常使用一些輔助試劑例如H2O2等才能達到較理想的效果；
5、微波催化反應(yīng)氧化降解技術(shù)降解為無污染的二氧化碳和水，無二次污染。綜上，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠極大的提高降解效率，且處理時間大大縮短，操作簡單易行，投資和運行成本低，占地面積少，降解徹底，可降解有機廢水的濃度范圍廣，能夠連續(xù)規(guī)模處理，易于工業(yè)化生產(chǎn)，無二次污染，適用于印染、造紙、化工、制藥等行業(yè)中有機廢水的處理。


圖1為本發(fā)明所述的一種降解有機廢水的微波催化劑及其催化氧化降解的方法中實施例1的不同微波功率下降解率與反應(yīng)時間的關(guān)系圖；圖2為本發(fā)明所述的一種降解有機廢水的微波催化劑及其催化氧化降解的方法中實施例2的催化劑在不同用量下降解率與反應(yīng)時間的關(guān)系圖；圖3為本發(fā)明所述的一種降解有機廢水的微波催化劑及其催化氧化降解的方法中實施例3的有機廢水在不同的初始濃度下降解率與反應(yīng)時間的關(guān)系圖。
具體實施方式
:具體實施方式
中采用的分析方法為:利用紫外分光光度計在270nm處對溶液的吸光度進行測定，由(公式I)可知溶液濃度與吸光度呈正比，因此可得出溶液濃度，并根據(jù)(公式2)計算出溶液降解率。A= α CL(I)其中，A:吸收度α:摩爾吸光系數(shù)，`L.g-1.cm-1 ；C:溶液的濃度，g.L-1 ；L:吸收層厚度，cm。
權(quán)利要求
1.一種降解有機廢水的微波催化劑，其特征在于該催化劑具有多孔結(jié)構(gòu)且能夠吸收微波，所述的吸收微波是指該催化劑在有水分子存在的情況下，通入氧氣或空氣，在微波照射下產(chǎn)生大量的羥基自由基(.0Η)。
2.按權(quán)利要求1所述的降解有機廢水的微波催化劑，其特征在于該催化劑包含如下組分: (1)吸收微波組分，包括金屬、金屬氧化物、鐵酸鹽尖晶石以及活性炭中的至少一種；以及 (2)多孔結(jié)構(gòu)的載體。
3.按權(quán)利要求2所述的降解有機廢水的微波催化劑，其特征在于所述的金屬為鈦、鐵、鈷、鎳、銅、鎂、鑰、鉍、鎢中的一種或多種，所述的金屬氧化物為金屬鈦、鐵、鈷、鎳、銅、鎂、鑰、鉍、鎢的氧化物中的一種或多種。
4.按權(quán)利要求2所述的降解有機廢水的微波催化劑，其特征在于所述的多孔結(jié)構(gòu)的載體為活性炭、鐵酸鹽尖晶石中的一種或兩種。
5.按權(quán)利要求2或4所述的降解有機廢水的微波催化劑，其特征在于所述的鐵酸鹽尖晶石為MgFe2O4或MgFe2O4-Fe2O3中的一種或兩種。
6.一種采用如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的降解有機廢水的微波催化劑降解有機廢水的方法，包含如下步驟: (1)采用降解有機廢水的微波催化劑； (2)微波催化劑與廢水混合:采用微波催化劑均勻的懸浮在廢水中、廢水均勻流經(jīng)微波催化劑懸浮床層或填裝有微波催化劑的固定床組成的微波催化劑反應(yīng)床層兩種方式中的一種實現(xiàn)微波催化劑與廢水混合，形成固液混合液； (3)微波催化氧化降解:采用微波對固液混合液進行輻照2-30分鐘，使固液混合液發(fā)生催化氧化反應(yīng)。
7.按權(quán)利要求1所述的微波催化氧化降解有機廢水的方法，其特征在于所述的步驟(2)中有機廢水濃度為10-1000mg/L。
8.按權(quán)利要求1所述的微波催化氧化降解有機廢水的方法，其特征在于所述的步驟(2 )中有機廢水為甲基橙廢水、結(jié)晶紫廢水以及含酚廢水中的一種或幾種。
9.按權(quán)利要求4所述的微波催化氧化降解有機廢水的方法，其特征在于所述的步驟(2)中有機廢水中的有機物與復(fù)合催化劑的重量比為1: 2-450。
10.按權(quán)利要求1所述的微波催化氧化降解有機廢水的方法，其特征在于所述的步驟(3)中微波的功率為200-800W。
全文摘要
一種降解有機廢水的微波催化催化劑及其微波催化反應(yīng)降解方法，其中該催化劑具有多孔結(jié)構(gòu)且能夠吸收微波，所述的吸收微波是指該催化劑在有水分子存在的情況下，通入氧氣或空氣，在微波照射下產(chǎn)生大量的·OH自由基。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠極大的提高降解效率，且處理時間大大縮短，操作簡單易行，投資和運行成本低，占地面積少，降解徹底，可降解有機廢水的濃度范圍廣，能夠連續(xù)規(guī)模處理，易于工業(yè)化生產(chǎn)，無二次污染，適用于印染、造紙、化工、制藥等行業(yè)中有機廢水的處理。
文檔編號C02F1/74GK103084216SQ20121057038
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者周繼承, 蔣尊芳, 諶敏飛, 殷誠, 高令飛 申請人:湘潭大學(xué)