申请日2018.04.03
公开(公告)日2018.10.12
IPC分类号C02F1/461; C02F1/28; B01J20/20; B01J20/30; C02F101/38
摘要
本发明生物炭/电解联合处理硝基苯废水的方法。在电解含有硝基苯的废水过程中投加一定量的生物炭，利用生物炭能加速电子传递的性能，提高电解对硝基苯的去除率，同时也能促进硝基苯的彻底矿化。本发明制备生物炭的过程简单，对硝基苯电化学降解的促进作用良好。另外，本发明不仅可以有效地处理硝基苯废水，还可以用作到其它领域，为目前有机废水的治理提供了新思路。
权利要求书
1.一种生物炭/电解联合处理硝基苯废水的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将待处理的硝基苯废水置于电解槽中，随后加入生物炭，生物炭和废水的质量体积比为：1~2g：1L，调节反应体系初始pH为2~12，进行电解反应，电压梯度为1~2 V/cm，电解反应时间为60~120 min，反应完成后将固液进行分离处理得到上清液;所述的硝基苯废水浓度为60~100mg/L。
2.根据权利要求1所述的生物炭/电解联合处理硝基苯废水的方法，其特征在于所述的生物炭的制备过程为：
a.将玉米秸秆烘干并破碎，破碎后的秸秆粉末过100目筛后收集;
b.将步骤a中过筛后的秸秆粉末取适量放入热解炉，氮气氛围，400~800℃温度条件下进行热解2h，然后将生物炭取出，冷却、研磨后，即得到生物炭。
说明书
生物炭/电解联合处理硝基苯废水的方法
技术领域
本发明涉及一种用生物炭/电解联合处理硝基苯废水的方法，属于有机废水处理领域。
背景技术
硝基苯是有机化学工业中一种重要的中间体和化工原料，被广泛应用于炸药，农药，涂料等的生产过程。硝基苯具备很强的毒性，对动植物以及人类的健康有着严重的危害。同时硝基苯的化学性质稳定，难以生物降解。因此，对含硝基苯类化合物废水的处理是一个难题。
常用的硝基苯废水处理方法有吸附法、电解法和高级氧化法。吸附法是利用吸附剂如活性炭，对水中的硝基苯进行去除，但饱和的吸附剂需要再生。电解法是一种能有效处理废水中的硝基苯，但电解的产物大多数为苯胺，未实现硝基苯的彻底降解;另一方面、水中的硝基苯较为分散，直接电解的处理效果不好，并会造成电能的严重浪费;高级氧化法处理硝基苯的效果十分好，但是在一定程度上会带来二次污染，另外，严格的反应条件以及高成本限制了其应用。
目前已经有多项关于硝基苯废水处理的专利和文献。专利CN1266820公开了一种吸附法处理硝基苯类工业废水的工艺，采用两个结构相同的内装活性炭纤维和内置加热系统的吸附塔交替对废水，饱和的吸附剂在250-350℃进行再生。专利CN105152445A公开了一种硝基苯类有机废水的处理方法，将硝基苯有机废水先进行铁碳微电解预处理，然后在150-280℃、1-8MPa下进行湿式氧化，再将氧化处理液进行后处理。专利CN106698860A公开了一种硝基苯废水处理工艺，通过高压脉冲电解激发硝基苯分子上的硝基活性位点，继而通过后续强化生物还原硝基苯分子，将其转化为利于微生物降解的苯胺，为后续生化处理创造良好条件。哈尔滨工业大学李欣和祁佩时(中国给水排水，2006，22(19)：12-15)利用铁炭Fenton /SBR工艺处理硝基苯制药废水。专利CN206089296U公开了一种将超生波与铁碳微电解#Fenton法结合处理硝基苯废水的装置，使铁碳微电解的反应速率在整体上提高了6~10倍，减少了后续Fenton氧化法所需的H2O2。
生物炭是生物质在缺氧和缓慢高温热解条件下产生的一类稳定的，高度芳香化，富含碳素的固态物质。一方面，生物炭内部孔隙发达，具有较大的比表面积，可以作为吸附材料。另一方面，生物炭表面含有丰富的含氧官能团及内部乱层石墨烯结构，这种特性有助于促进污染物与外界之间电子的转移，促进污染物的降解。
国内外利用生物炭吸附处理硝基苯废水的有一些研究，将利用其作为电子穿梭体，促进硝基苯的电化学降解方面的报道鲜有见到。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物炭/电解联合处理硝基苯废水的方法。
本发明利用生物炭能加速电子传递的性能，在电解硝基苯废水的过程中投加适量的生物炭，使其在废水中处于悬浮状态，促进电解反应的发生。
根据上述原理，本发明采用如下技术方案：
一种生物炭/电解联合处理硝基苯废水的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将待处理的硝基苯废水置于电解槽中，随后加入生物炭，生物炭和废水的质量体积比为：1~2 g：1L，调节反应体系初始pH为2~12，进行电解反应，电压梯度为1~2 V/cm，电解反应时间为60~120 min，反应完成后将固液进行分离处理得到上清液;所述的硝基苯废水浓度为60~100mg/L。
上述的生物炭的制备过程为：
a.将玉米秸秆烘干并破碎，破碎后的秸秆粉末过100目筛后收集;
b.将步骤a中过筛后的秸秆粉末取适量放入热解炉，氮气氛围，400~800℃温度条件下进行热解2h，然后将生物炭取出，冷却、研磨后，即得到生物炭;
本发明的特点和优点：本工艺所用到的生物炭材料制备过程简单，不仅能提升硝基苯的去除率，同时还能促进硝基苯的彻底矿化，对溶液TOC的去除效果也有明显改善。，具有去除效果好，中间产物少，污染物矿化较彻底，电能消耗低的特点。
制备生物炭并将其应用于促进硝基苯电解过程的方法，它提升了电解效率，缩短了电解时间，有效地节约了电能消耗，降低了处理成本。
具体实施方式
本发明实例中，提出了一种用生物炭/电解联合处理硝基苯废水的方法。为了使得本发明的目的、技术方案和优势更加清楚，下面通过实施例，对本发明作进一步的阐述。需要说明的是，本实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
另外，所有药剂均为分析纯，实验用水均为新鲜无氧去离子水。
实施例1：
将玉米秸烘干后，在破碎机里进行破碎，破碎后的秸秆粉末过100目筛后收集;然后将过筛后的秸秆粉末取适量放入热解炉，在氮气氛围，400℃～800℃温度条件下进行热解2h;最后将生物炭取出，冷却、研磨后，即得到玉米秸秆生物炭。
分别取100 mL已配制好的硝基苯溶液于电解槽中，初始浓度为100 mg/L，然后再向溶液中分别投加0.1g上述于400℃、600℃和800℃条件下制备得到的生物炭，不断磁力搅拌，并控制磁力搅拌器的温度于25 ℃，转速为200 r/min，然后接通直流恒压电源，设置电压梯度为1V/cm。另外，对照组不投加生物炭，其他条件皆一致。
每隔15min取一次样，用注射器取2 mL悬浊液，并通过0.22μm滤膜，最后利用高效液相色谱仪分析水样中残留的硝基苯。结果表明，120min后，不加生物炭、投加400℃制备的生物炭、投加600℃制备的生物炭以及投加800℃制备的生物炭对硝基苯的去除率分别为91.76%、94.05%、93.10%和99.24%。
实施例2：
将玉米秸秆烘干后，在破碎机里进行破碎，破碎后的秸秆粉末过100目筛后收集;然后将过筛后的秸秆粉末取适量放入热解炉，在氮气氛围，800℃温度条件下进行热解2h;最后将生物炭取出，冷却、研磨后，即得到玉米秸秆生物炭。
分别取100 mL已配制好的硝基苯溶液于电解槽中，初始浓度为100 mg/L，然后再向溶液中投加0.1g上述制备得到的生物炭，不断磁力搅拌，并控制磁力搅拌器的温度于25℃，转速为200 r/min，然后接通直流恒压电源，分别设置电压梯度为1V/cm、1.5V/cm1和2V/cm。
每隔15min取一次样，用注射器取2 mL悬浊液，并通过0.22μm滤膜，最后利用高效液相色谱仪分析水样中残留的硝基苯。结果表明，120min后，电压梯度分别为1V/cm、1.5V/cm1和2V/cm电解对硝基苯的去除率分别为99.24%、100%和100%。
实施例3：
将玉米秸秆烘干后，在破碎机里进行破碎，破碎后的秸秆粉末过100目筛后收集;然后将过筛后的秸秆粉末取适量放入热解炉，在氮气氛围，800℃温度条件下进行热解2h;最后将生物炭取出，冷却、研磨后，即得到玉米秸秆生物炭。
分别取100 mL已配制好的硝基苯溶液于电解槽中，初始浓度为100 mg/L，分别调节溶液的pH到2±0.1、7±0.1和12±0.1，然后再向溶液中投加0.1g上述制备得到的生物炭，不断磁力搅拌，并控制磁力搅拌器的温度于25 ℃，转速为200 r/min，然后接通直流恒压电源，设置电压梯度为1V/cm。
每隔15min取一次样，用注射器取2 mL悬浊液，并通过0.22μm滤膜，最后利用高效液相色谱仪分析水样中残留的硝基苯。结果表明，120min后，溶液pH分别为2±0.1、7±0.1和12±0.1电解对硝基苯的去除率分别为98.57%、95.21%和94.27%。
实施例4：
将玉米秸秆烘干后，在破碎机里进行破碎，破碎后的秸秆粉末过100目筛后收集;然后将过筛后的秸秆粉末取适量放入热解炉，在氮气氛围，800℃温度条件下进行热解2h;最后将生物炭取出，冷却、研磨后，即得到玉米秸秆生物炭。
分别取100 mL已配制好的硝基苯溶液于电解槽中，初始浓度为100 mg/L然后再分别向溶液中投加0.05g、0.1g和0.2g上述制备得到的生物炭，不断磁力搅拌，并控制磁力搅拌器的温度于25℃，转速为200 r/min，然后接通直流恒压电源，设置电压梯度为1V/cm。
每隔15min取一次样，用注射器取2 mL悬浊液，并通过0.22μm滤膜，最后利用高效液相色谱仪和TOC测定仪分析水样中残留的硝基苯和TOC。结果表明，120min后，加入生物炭0.05g、0.1g和0.2g电解对硝基苯的去除率分别为98.78%、99.24%和100%;对TOC的去除率分别为43.59%、85.28%和87.32%。不加生物炭的情况下，电解对硝基苯的去除率为91.76%，对TOC的去除率为37.54%。
