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核心提示：微波一活性炭催化降解染料廢水新技術(shù)具有降解效率高、時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn).本文對(duì)徽波一活性炭催化降解技術(shù)在染料廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用和研究狀況進(jìn)行了綜述。

染料廢水主要來源于染料及染料中間體生產(chǎn)行業(yè)，該類廢水組分復(fù)雜、有機(jī)毒物濃度高、水質(zhì)色度高。廢水中的有機(jī)組分大多以芳烴及雜環(huán)化合物為母體，并帶有顯色基團(tuán)(如.—N=N—、—N=O)及極性基團(tuán)(如—SO3Na、—OH、—NH2)。由于染料生產(chǎn)品種多，并向抗光解、抗氧化、抗生物氧化方向發(fā)展，從而使染料廢水處理難度加大.

在當(dāng)前染料廢水的處理中，微波一活性炭催化處理新技術(shù)已成為研究的熱點(diǎn)之一這是因?yàn)榕c常規(guī)加熱相比，徽波加熱具有許多優(yōu)點(diǎn)，如選擇性加熱物料、升溫速率快、加熱效率高;對(duì)化學(xué)反應(yīng)具有催化作用，能降低反應(yīng)溫度，縮短反應(yīng)時(shí)間，促進(jìn)節(jié)能降耗:使物料在瞬間得到或失去熱量來源，易于自動(dòng)控制[1-2].在微波一活性炭誘導(dǎo)催化降解有機(jī)廢水時(shí)，由于活性炭表面的不均勻性，在微波加熱過程中其表面會(huì)產(chǎn)生許多“熱點(diǎn)”，這些“熱點(diǎn)”的溫度比其他部位高得多，很容易分解有機(jī)廢水中的有機(jī)物，從而達(dá)到降解有機(jī)廢水的目的[3].本文介紹了微波加熱原理與特點(diǎn)及微波一活性炭催化技術(shù)在染料廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

1徽波加熱原理與特點(diǎn)

微波是指波長為1mm一1m，頻率從30OMHZ一30OGHz超高頻電磁波，工業(yè)與民用微波頻率通常是915MHz和2.45GHZ。微波加熱常采用的頻率2450MHz，對(duì)應(yīng)波長為12.24cm。

一般來說，介質(zhì)在微波場(chǎng)中的加熱有兩種機(jī)理，即離子傳導(dǎo)和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng).在微波加熱的實(shí)際應(yīng)用中，兩種機(jī)理的微波能耗散同時(shí)存在。離子傳導(dǎo)是電磁場(chǎng)中可離解離子的導(dǎo)電移動(dòng)，由于介質(zhì)對(duì)離子的阻礙而產(chǎn)生熱效應(yīng)[4~6].介質(zhì)是由許多一端帶正電，一端帶負(fù)電的分子(或偶極子)組成.如果將介質(zhì)放在兩塊金屬板之間，當(dāng)交流電加到金屬板上，介質(zhì)中的偶極子也相應(yīng)快速擺動(dòng)。由于分子的熱運(yùn)動(dòng)和

相鄰分子的相互作用，使偶極子隨外加電場(chǎng)方向的改變而作規(guī)則擺動(dòng)時(shí)受到干擾和阻礙，產(chǎn)生了類似摩擦的作用，使雜亂無章運(yùn)動(dòng)的分子獲得能里，以熱的形式表現(xiàn)出來，介質(zhì)的溫度也隨之升高。微波加熱是利用介質(zhì)的介電損耗而發(fā)熱，在極短的時(shí)間內(nèi)使介質(zhì)分子達(dá)到極化狀態(tài)，加劇分子的運(yùn)動(dòng)與碰撞。由于電磁能量是以波的形式輻射到介質(zhì)內(nèi)部，內(nèi)外同時(shí)加熱，加熱無滯后效應(yīng)，所以體系受熱均勻。

微波能與微波吸收體發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，微波能被快速轉(zhuǎn)換成熱能，使得這些介質(zhì)某些點(diǎn)位溫度迅速上升至較高溫度甚至上千度，從而氧化分解這些熱點(diǎn)邊上的吸附的有機(jī)物.活性炭和其他許多具有磁性的過渡金屬及其化合物對(duì)微波有很強(qiáng)的吸收能力，因此它們能在微波輻照下形成大量熱點(diǎn)并降解有機(jī)物[7,8].

2徽波一括性炭催化降解染料廢水的研究現(xiàn)狀

2.1活性艷藍(lán)KN一R染料廢水

王金成等[9]采用微波一載硫酸鎳活性炭催化降解了活性艷藍(lán)KN一R染料廢水。作者在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考察了微波場(chǎng)中載硫酸鎳活性炭存在下廢水脫色的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，認(rèn)為該染料廢水的脫色近似一級(jí)反應(yīng)，動(dòng)力學(xué)方程為:Inc=.0193gt+6.14，相關(guān)系數(shù)R=0.977:動(dòng)力學(xué)常數(shù)k=1.93xl0-2s-1:隨后與比較了微波加熱條件下與常溫振蕩條件下染料廢水的脫色率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波加熱3min脫色率即達(dá)97.1%，而常溫振蕩75min脫色率才達(dá)吳劫:微波活性炭催化降解染料玻水的研究現(xiàn)狀94.7%;為進(jìn)一步證實(shí)降解過程中確實(shí)存在誘導(dǎo)催化，開展了載硫酸鎳活性炭吸附活性艷藍(lán)KN-R染料的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)計(jì)算得到了活性炭的飽和吸附量為342m眺，而在微波加熱條件下，降解量達(dá)到49.7mg/g，此值顯著大于活性炭的飽和吸附量，并測(cè)定了使用前后活性炭的碘值和比表面積，進(jìn)行了詳細(xì)分析，通過上述研究，表明微波加熱使活性艷藍(lán)KN-R更易脫色，降解的主要原因不是吸附而是微波加熱。

2.2雅格素藍(lán)染料廢水

馬慈俊[10]

以亞鐵鐵鹽改性活性炭纖維(ACF)為催化劑，建立了微波誘導(dǎo)氧化處理雅格素藍(lán)模擬染料廢水的工藝。結(jié)果表明，該工藝具有較好的耐沖擊負(fù)荷能力，對(duì)于50ml濃度為300mg/L的模擬廢水，最佳的處理工藝條件為:催化劑用量0.59，微波輻照功率400w微波輻照時(shí)間2.5min，在此工藝條件下，廢水的脫色率達(dá)97.9%，在同樣的工藝條件下，以未改性活性炭纖維為催化劑的廢水的脫色率僅為38%，活性炭纖維的改性，大大提高了其催化效果。

2.3甲基紫染料廢水

國偉林等[11]以甲基紫染料廢水為研究對(duì)象，研究活性炭存在下微波加熱處理有機(jī)染料廢水的可行性和降解動(dòng)力學(xué).在具體的實(shí)驗(yàn)中，探索得到的優(yōu)化工藝條件為微波加熱功率450W，時(shí)間8min，此時(shí)甲基紫的降解率可達(dá)9.2%;將在活性炭存在下甲基紫的微波加熱降解反應(yīng)近似看成一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式為:Inc=-0.2088t+2.3687，相關(guān)系數(shù)R=0.9819，反應(yīng)速率常數(shù)K=0.2088min-l。