活性炭催化剂去除苯胺和苯并噻唑废水

　　苯胺和苯并噻唑是废水中顽固的化合物，这些化合物很难通过传统技术去除。像这种污染物的产生却是日常使用的产品，通过农业、工业、运输和能源等活动不断添加到水生环境中。为了在废水中去除这两种顽固化合物，我们研究了在流化床反应器中操作的多相光催化的组合，以增加传质并减少反应时间。该工艺使用负载在具有环保特性的活性炭上的二氧化锰催化剂。来实现高去除率和矿化率，并有助于将该工艺扩大到工业水平，用于处理含有顽固污染物的工业废水。

　　UV-A中试设备描述和实验程序

　　苯胺和苯并噻唑包含在工业废水在测试规模下的UV-A-光反应器中除去图1。是由一个46cm长、2.10L不锈钢管式反应器和一个25W多色UV-A灯组成，由石英保护管并轴向定位在圆柱形不锈钢光反应器中。实验以分批模式运行。

　　图1：中试规模的流化床光反应器示意图，用于从工业废水中去除苯胺和苯并噻唑的光催化和吸附实验。

　　活性炭催化剂等表征

　　光催化过程中使用的复合结构类型可以决定结果。图2显示了粉末二氧化锰、活性炭和活性炭载锰催化剂结构的SEM和HRTEM图像。图2a、b表明α-MnO2相具有典型的针状基本八面体结构形态，长约3mm，宽约50-250nm，质地光滑。在使用不同氧化锰相进行的比较研究中。如在所示图2B中，在非晶结构中的缺陷可能陷阱激发的电子，延长载流子，其中的一些作者在有机污染物降解效率有相关的增加分离。然而，观察到颗粒团聚的形成，这可能导致可用于光催化反应的催化剂活性位点数量减少。图2c、d显示了微孔颗粒活性炭的典型结构，具有高度粗糙的边缘、不规则的空腔和细小的开孔。相比之下，图2e和f中的图像显示海绵状α-MnO2尺寸约为5µm的纳米颗粒，负责增加孔的外表面和内部。此外，纳米颗粒分散良好，增加了光催化剂表面的不均匀性，有助于形成无团聚颗粒的多孔结构，从而防止孔隙堵塞，从而降低新复合材料的催化和吸附性能。EDX光谱的半定量元素分析表明存在锰和活性炭。

　　图2：SEM(左)和HRTEM(右)结构显微照片：(a，b)α-MnO2纳米颗粒;(Ç，d)活性炭(e,f)合成了活性炭载锰复合材料。

　　活性炭复合光催化去除废水中苯胺和苯并噻唑的测试

　　活性炭是废水处理行业中常用的吸附剂，用于截留大部分污染物。使用含有苯胺和苯并噻唑的工业废水，比较了吸附和光催化过程对活性炭载锰复合材料的去除性能图3。与吸附过程相比，光催化剂辐照显着改善了苯胺和苯并噻唑的去除，无论是在辐照5小时后完成的初级降解方面，还是在矿化方面均达到86%，表明活性炭催化剂具有光催化活性。为了确定沉积在活性炭上的α-MnO2的贡献，比较了光催化过程和活性炭的吸附能力，该活性炭是用作制备载锰活性炭催化剂复合材料的载体。结果是活性炭的UV-A照射对苯胺和苯并噻唑的去除或矿化没有影响，无论溶液的pH值如何。这些发现证实没有α-MnO2的活性炭在使用光源时不表现出光催化活性。

　　图3：活性炭催化剂的吸附和光催化过程的去除效率。(a)初级降解，(b)矿化。

　　活性炭光催化和处理成本估算后的稳定性

　　活性炭光催化剂在连续循环中持续保持其对苯胺和苯并噻唑去除的催化活性的能力对其实际应用至关重要。因此，活性炭光催化剂经历了六次使用循环。如图4所示，光催化剂在连续六个1小时反应循环后显示出相似的催化活性，保持84.7%的苯胺初级降解和67.0%的苯并噻唑初级降解，以及81.6%的矿化。

　　图4：使用活性炭催化剂在六个重复循环内对苯胺和苯并噻唑进行光催化降解的可重复使用性测试。(a)苯胺和苯并噻唑的初级降解(b)矿化。

　　活性炭催化剂用于在流化床光反应器中处理含有苯胺和苯并噻唑的工业废水。对材料特性的研究强调了通过XRD分析在复合材料中存在α-MnO2晶体。类似地，SEM、HRTEM和AFM图像显示MnO2颗粒在活性炭表面上具有良好的分散性。经过多次实验发现，在反应1小时后，苯胺和苯并噻唑的去除率分别为84.7%和67.0%，矿化率为81.6%。表明本研究中处理的污水具有返回水环境的合适佳条件。新型活性炭光催化剂在六次循环后表现出优异的稳定性，经济处理成本很合适，从而显示出实际应用的潜力。

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