微波催化氧化技术
微波催化氧化处理活性艳红X-3B
微波催化氧化处理活性艳红X-3B陈红英;江燕雯;李军【摘要】以MnO2/Al2O3为催化剂,采用微波催化氧化技术处理活性艳红X-3B 染料废水.试验考察了催化剂用量、辐照时间、辐照功率和初始质量浓度等因素对处理效果的影响.试验得出了最佳处理工艺条件:催化剂用量150 g/L,微波辐照功率560W,辐照时间3 min,该工艺对500 mg/L染料废水的脱色率为87.18％,TOC去除率为64.14％.动力学研究表明:该反应过程符合一级反应动力学规律,其动力学方程为lnCt=-0.368 2t+5.296 0,反应速率常数为0.368 2/min,反应的半衰期为1.882 5 min.【期刊名称】《浙江工业大学学报》【年(卷),期】2014(042)002【总页数】5页(P194-198)【关键词】微波;催化氧化;染料废水;MnO2/Al2O3【作者】陈红英;江燕雯;李军【作者单位】浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】X703.1随着工业技术的迅猛发展和生产规模的不断扩大，我国的工业废水量日益增多，水污染日益严重，目前我国的地表水和地下水均受到不同程度的污染[1].水中污染物主要来自各工业领域，其中化工、染料、造纸等行业产生的有机废水对水资源造成的污染最为严重，染料工业污染中尤以染料废水的污染问题最为突出.近些年来，我国每年污水排放量达390多亿吨，其中工业污水占51%，而染料废水又占总工业废水排放量的35%，而且还以l%的速度在逐年增加.每排放1 t染料废水，就能造成20 t水体的污染.随着印染工业的迅猛发展，染料废水已成为水体中几种最主要的污染源之一[2].染料废水成分复杂，COD质量浓度高，有机物含量高，颜色深，毒性大，加之近年来染料向着抗光解、抗氧化、抗生物氧化等方向发展，使得染料废水的处理难度加大[3].目前染料废水的处理方法主要有吸附法、混凝沉淀法、生物法、电解法和氧化法等.这些方法都有一定程度的不足，吸附法是将有机物从液相中转移到固相中，因而需要进一步处理，同时还存在二次污染和吸附剂回收等问题[4]；混凝沉淀法和生物法产生的污泥量大，污泥处置困难，同时生物法对废水的可生化性和COD的要求高[5-6]；电解法对色度去除率高，能有效提高可生化性，综合效果好，运行费用低，但处理量较小[7]；化学氧化法往往需要消耗大量的化学药品，而且有可能造成二次污染[8]；光催化氧化效率高，无二次污染，但目前仍处于实验室阶段[9].与传统技术相比，微波催化氧化技术具有快速、高效及不会造成二次污染等显著优点，同时可使废水处理工程小型化、分散化，具有较高的社会和环境效益[10].基于以上优点，刘宗瑜[11]、关晓彤[12]、姜思朋[13]和洪光[14]等对该技术处理染料废水进行了研究，都取得了理想的处理效果，但普遍存在处理量少，微波辐照时间长，以致体系水温严重升高甚至沸腾等问题，因而不符合实际的工况，难以付诸实践.为克服以上缺点，笔者探索了一种新型催化剂用于微波催化氧化反应.本试验以活性艳红X-3B染料为处理对象，研究以MnO2/Al2O3为催化剂的微波催化氧化工艺处理染料废水的可行性，考查并优化了处理工艺条件，研究探讨了该工艺对活性艳红X-3B的脱色反应动力学.1 试验部分1.1 试验仪器与材料活性红X-3B，购于武汉某公司；50%硝酸锰溶液，上海华精生物高科技有限公司；Fe(NO3)3，上海试四赫维化工有限公司；直径为2～3 mm的颗粒状氧化铝；活性炭；MM721AAU-PW型格兰仕微波炉，广东美的微波电器制造有限公司；TU-1901型紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；SXZ-12-16箱式电阻炉，济南精密科学仪器仪表有限公司；DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；multi N/C 2100型TOC测定仪，德国耶拿分析仪器股份有限公司；KQ2200型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；THZ-C恒温振荡器，太仓市科教器材厂.1.2 试验步骤将100 mL一定质量浓度的活性艳红X-3B染料废水倒入装有催化剂的静态反应器中，放入微波炉中辐照一定时间，冷却至室温后补加蒸馏水定容至100 mL，水样经0.45 μm的玻璃纤维滤膜过滤后取样分析.1.3 分析方法采用TU-1901型紫外—可见分光光度计在200～600 nm范围内对染料溶液进行UV扫描，测得活性艳红X-3B的最大吸收波长为539 nm.在最大吸收波长条件下，采用紫外-可见分光光度计测定染料降解前后的吸光度值.在一定质量浓度范围内，染料质量浓度与染料在最大吸收波长处的吸光度成线性关系，关系式为y=0.0151C+0.003 8(R2=0.999 9)，根据吸光度可求得染料质量浓度.染料脱色率的计算公式为(1)式中：C0为染料废水初始质量浓度(或初始TOC质量浓度)，mg/L；C为剩余染料废水质量浓度(或剩余TOC质量浓度)，mg/L.TOC用总有机碳测定仪(multi N/C 2100型)测定，并按式(1)计算TOC去除率.1.4 催化剂的制备1) 催化剂载体的预处理.将Al2O3用蒸馏水反复冲洗，以洗去杂质，然后将洗净的Al2O3置于烘箱中干燥8 h，最后放在马弗炉中于600 ℃条件下活化3 h，冷却备用.2) 配制某质量浓度(以硝酸锰的量计)硝酸锰溶液，将一定量已经活化的Al2O3浸入硝酸锰溶液中，并置于恒温摇床中振荡浸渍若干小时，期间超声30 min.3) 取出载体过滤，将负载后的载体置于培养皿中，室温下晾干后放入烘箱，在105 ℃下干燥24 h.4) 从烘箱中取出烘干的催化剂，放入马弗炉中，以5 ℃/min升温至所需温度，到达设定温度后保持若干小时，即制得成品催化剂.2 结果与讨论2.1 催化剂用量的影响设定活性艳红X-3B溶液质量浓度为500 mg/L，使用不同质量的催化剂，在微波功率为560 W时辐照3 min，根据不同指标的处理结果绘制出微波催化氧化工艺的催化剂用量与TOC去除率和脱色率的关系，试验结果如图1所示.图1 催化剂用量对处理效果的影响Fig.1 Effect of the amount of catalyst on the reaction结果表明：TOC去除率和脱色率都随着催化剂投加量的增加而提高，这一方面是催化剂吸附的贡献，另一方面是因为微波辐射使催化剂不均匀的表面产生许多“热点”，催化剂越多，产生的“热点”也就越多，从而氧化掉的活性艳红染料分子越多，TOC去除效果和脱色效果也就更好.当催化剂用量达150 g/L时，TOC去除率为64.14%，脱色率为87.18%.再增加催化剂的量，TOC去除率和脱色率的提高不是很明显，这可能是因为催化剂增多，导致催化剂之间互相重叠，减少了与污染物的接触面积.2.2 微波辐照时间的影响在现有的研究[12-14]中，大多数试验的微波时间比较长，都在5 min以上，这在一定程度上增加了处理成本.本试验在催化剂用量150 g/L，微波功率560 W的条件下，处理100 mL质量浓度为500 mg/L的活性艳红X-3B模拟染料废水，考察微波辐照时间对催化剂处理效果的影响，结果见图2.图2 微波辐照时间对处理效果的影响Fig.2 Effect of microwave irradiationtime on reaction从图2可以看出：随着微波辐照时间的延长，染料废水的脱色率和TOC去除率也跟着增加.微波催化氧化工艺处理染料废水时，脱色率受微波辐照时间的影响较大，当微波辐照1 min时，染料废水的脱色率就有了很大的提高，3 min之后，脱色率增加的趋势变得缓慢.而该工艺对染料废水的TOC去除率随微波辐照时间每增加2 min提高7%，但对实际工程来说不可能无限制的延长对所要处理样品的微波辐照时间，为此应该结合实际情况以及处理成本综合考虑微波催化氧化工艺的微波辐照时间.本实验选用微波辐照3 min.2.3 微波辐照功率的影响微波辐照功率是影响微波催化氧化反应的重要因素之一，从理论上讲，微波辐照功率越高，催化剂表面所能达到的最高温度也越高，处理效果也就越好.在催化剂用量为150 g/L，500 mg/L活性艳红X-3B溶液100 mL，微波辐照时间3 min的条件下，改变微波辐照功率，测定染料废水的脱色率以及TOC去除率，结果如图3所示.图3 微波辐照功率对处理效果的影响Fig.3 Effect of microwave power onreaction试验中发现：虽然微波辐照的时间相同，但随着微波功率的增加，催化氧化工艺对染料废水的脱色率和TOC去除率都在提高.当微波辐照功率从140 W增加到700 W时，微波催化氧化工艺对染料废水的TOC去除率从36.46%升到69.75%，提高了47.73%.出现这种现象可能是因为低功率的微波辐照使反应体系的温度上升较慢，辐照3 min反应体系仍处于低温状态，或是在3 min之内反应体系处于低温的时间较短，从而造成反应速度慢，降解效率低.而用较高的微波功率辐照时，反应体系的温度上升较快，相对于低功率的条件而言它在3 min之内，反应体系处于高温的时间就较长，反应速度相对较快.同时，较高功率的微波辐照不仅会使催化剂表面“热点”吸收微波的能量变多，还会增加“热点”的数量，从而增加分子的碰撞频率促使分子化合键的断裂，有利于活性艳红X-3B的去除.2.4 废水初始质量浓度的影响废水初始质量浓度对微波催化氧化工艺的处理效果影响较大，初始质量浓度过高，催化剂将无法正常发挥其功效；初始质量浓度过低，催化剂的催化性能得不到充分利用.在催化剂用量为150 g/L，微波功率为560 W，微波辐射时间为3 min的条件下，考察活性艳红X-3B的质量浓度对催化氧化处理效果的影响，结果如图4所示.图4 活性艳红X-3B初始质量浓度的影响Fig.4 Effect of the initial concentration of reactive brilliant red X-3B on reaction图4显示：废水初始质量浓度影响着微波催化氧化工艺的处理效果.当活性艳红X-3B的初始质量浓度从100 mg/L增加到400 mg/L时，染料废水的TOC去除率12.60%提高到74.75%，呈现出明显的上升趋势.这可能是因为在该质量浓度范围内，随着污染物质量浓度的增加，染料分子与自由基之间相互碰撞的机会相应增多，故而TOC去除率也就大大提高.当废水初始质量浓度增加到500 mg/L以后，TOC去除率则直线下降，可见，活性艳红X-3B质量浓度为400 mg/L的溶液环境能充分发挥催化剂的作用.尽管TOC去除率在活性艳红X-3B质量浓度达到500 mg/L后有所降低，但TOC降解量并没有因此而受到影响，它随着溶液质量浓度的增高而增大.这可能是因为反应物质量浓度增大，被降解的污染物也就增多.2.5 三种工艺的对比在微波功率为560 W，催化剂投加量为150 g/L的条件下比较微波催化氧化、MnO2/Al2O3吸附与单纯微波辐照三种方法对100 mL初始质量浓度为500mg/L的活性艳红X-3B染料废水的处理效果，结果如图5所示.图5 不同处理工艺的处理效果Fig.5 Treatment effect of the different processes结果表明：单纯的微波辐照并不能对废水进行任何有效地处理，即单纯的微波能并不能破坏废水中的任何有机成分.不管是从脱色率还是从TOC去除率来看，单纯微波的处理效果远远不如微波催化氧化的好.即使单纯微波7 min，其TOC去除率也只有5.22%，脱色率不到7%；而微波催化氧化1 min的TOC去除率就高达57.81%，脱色率达73.77%.用MnO2/Al2O3吸附处理活性艳红X-3B染料废水120 min，TOC去除率才能达到54.79%.这一结果从侧面证明了催化氧化工艺中催化剂表面”热点”的存在，验证了微波催化氧化工艺的优越性.2.6 微波催化氧化反应动力学以MnO2/Al2O3为催化剂，微波催化氧化处理100 mL初始质量浓度为500mg/L的活性艳红X-3B染料废水，考察其处理效果与处理时间之间的关系，建立表观反应动力学方程.反应条件：催化剂用量150 g/L，微波辐射功率560 W，结果如图6所示.图6 反应动力学研究Fig.6 Kinetic studies结果表明：微波催化氧化工艺处理活性艳红X-3B废水过程中lnC与t呈线性关系，这说明该过程符合表观一级反应动力学，其动力学方程为lnCt=-0.368 2t+5.296 0，反应速率常数k=0.368 2/min，反应的半衰期为.3 结论本试验所研制的催化剂用于微波催化氧化工艺处理活性艳红X-3B染料废水取得了很好的效果.其最佳反应条件：催化剂用量150 g/L，微波辐照时间3 min，微波功率560 W.在此工艺条件下，初始质量浓度为500 mg/L的染料废水脱色率达87.18%，TOC去除率达64.14%，处理效果较为理想.微波催化氧化处理活性艳红染料废水脱色表观反应动力学研究表明：该反应符合一级反应动力学，其动力学方程为lnCt=-0.368 2t+5.296 0，反应速率常数为0.368 2 /min，反应的半衰期为1.882 5 min.参考文献：[1] 中华人民共和国环境保护部.中国环境状况公报[R].北京：中华人民共和国环境保护部，2010.[2] 陈跃．染料废水处理技术及研究趋势[J]．黄石理工学院学报，2011，27(1)：8-14．[3] WOJNáROVITS L,TAKáCS E. Irradiation treatment of azo dye containing wastewater： an overview[J]. Radiation Physics and Chemistry,2008,77:225-244.[4] LIN R Y, CHEN Bang-shuo. Preparation of porous PMMA/Na+-montmorillonite cation-exchange membranes for cationic dye adsorption[J]. Journal of Membrane Science,2009,326:117-129.[5] 郭敏晓，孙振杰，胡小锐，等.混凝法处理印染生产废水的试验研究[J].中国资源综合利用，2009,27(12)：17-19.[6] 冯凯，邱木清．生物法处理染料废水的研究与进展[J]．工业水处理，2009,29(2)：19-21．[7] 程沧沧，胡德文，周菊香．微电解—光催化氧化法处理印染废水[J]．水处理技术，2005，31(7)：46-47．[8] CONSTAPEL M, SCHELLENTRGER M. Degradation of reactive dyes in wastewater from the textile industry by ozone: analysis of the products by accurate masses[J]．Water Research，2009，43：733-743.[9] STYLIDI M， KONDARIDES D I, VERYKIOS X E. Visible light-induced photocatalytic degradation of acid orange in aqueous TiO2suspensions[J]．Applied Catalysis B：Environmental,2004,47(3):189-201．[10] 王哲明，王进明，臧传利，等．微波诱导催化氧化废水处理研究进展[J].水处理技术，2010，36(7)：24-27.[11] 刘宗瑜，孙保平.微波辐射对染料废水处理的研究[J].工业水处理，2010,30(2)：44-46.[12] 关晓彤，张金生，李丽华，等．微波诱导氧化处理直接蓝染料废水的研究[J]．沈阳工业大学学报，2007，29(2):237-240．[13] 姜思朋，王鹏，张国宇，等．微波诱导氧化法处理BF—BR染料废水[J]．中国给水排水，2004，20(4):237-240．[14] 洪光，王鹏，张国宇，等．改性凹土微波诱导氧化处理染料废水的实验研究[J]．微波学报，2005，21(1):62-64．。
《微波氧化技术》课件
1986年，微波氧 化技术首次被提出
1990年代，微波氧 化技术在环境工程 领域得到广泛应用
2000年代，微波氧 化技术在材料科学 、化学工程等领域 得到进一步发展
2010年代，微波氧 化技术在生物医学 、食品科学等领域 得到广泛应用
食品工业：食品加工、食品 保鲜、食品消毒等
化工行业：有机合成、催化 剂制备、精细化工等
精细化工：微波氧化技术可以 用于精细化工产品的合成和精 制
石油化工：微波氧化技术可以 用于石油化工产品的合成和精 制
废水处理：微波氧化技术可以 有效去除废水中的有机物和重 金属离子
农药生产：微波氧化技术可 以用于农药的生产和精制
医药生产：微波氧化技术可 以用于医药的生产和精制
食品加工：微波氧化技术可 以用于食品的加工和精制
易于控制：微波加 热易于控制，可以 精确控制反应温度 和时间
设备成本高：微波氧化设备需要较 高的成本投入
反应条件苛刻：微波氧化技术需要 特定的反应条件，如温度、压力等
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操作难度大：微波氧化技术需要专 业的操作人员
产物分离困难：微波氧化技术产生 的产物分离困难，需要特殊的分离 技术
生物医药领域：药物合成、生 物样品处理等
PART SEVEN
微波氧化技术在环 保领域的应用将越 来越广泛
微波氧化技术在材 料科学领域的应用 将越来越深入
微波氧化技术在生 物医学领域的应用 将越来越受到重视
微波氧化技术在能 源领域的应用将越 来越具有潜力
提高微波氧化效率：通过优化微波频率、功率和反应时间等参数，提高微波氧化效率。 扩大应用领域：将微波氧化技术应用于更多领域，如废水处理、土壤修复、生物质转化等。 降低成本：通过改进微波反应器设计和材料选择，降低微波氧化技术的成本。 提高环保性能：研究微波氧化技术对环境的影响，提高其环保性能。
微波深度氧化技术介绍资料更新版(内附案例)
微波高级氧化技术介绍资料北京科益创新环境技术有限公司目录1简介 (1)2垃圾渗滤液 (1)2.1案例一 (1)2.2案例二 (2)3垃圾渗滤液膜浓缩液 (3)4焦化废水 (5)4.1案例一 (5)4.2案例二 (8)5精细化工废水 (9)5.1案例一 (10)1简介微波是指波长为1mm～1m，频率为300MHz～300000MHz的电磁波，可以加快化学反应，在一定条件下也能抑制反应的进行。
除此之外，微波还可以改变反应的途径。
微波对化学反应的作用除了对反应加热引起反应速率改变以外，还具有电磁场对反应分子间行为的直接作用而引起的所谓“非热效应”。
本技术完美利用微波特点，将微波技术成功应用于难处理的难处理有机废水处理工程中。
微波技术应用于水处理中加强了氧化过程，缩短氧化时间，强化氧化效率，对吡啶类、苯酚类等具有快速氧化效果。
微波技术在化工废水、垃圾渗滤液、膜浓缩液、焦化废水处理中取得了良好的处理效果，使部分不能用现有水处理技术处理的工业废水得到有效处理，处理后的出水达到或优于相关国家标准。
应用领域：精细化工废水、垃圾渗滤液、膜浓缩液、医药中间体废水、焦化废水等。
2垃圾渗滤液生活垃圾填埋场渗滤液（以下简称为“渗滤液”）是指城市生活垃圾在填埋过程中由于压实、发酵等物理、生物、化学作用以及降水和其他外部来水的渗流作用下产生的高浓度有机废水，其水质水量受填埋场填埋期、气候、降水等因素影响较大。
渗滤液中含有大量的有机物，含量较多的有烃类及其衍生物、酸酯类、酮醛类、醇酚类和酰胺类等。
根据渗滤液的进水水质、水量及排放要求选取适宜的组合工艺，一般采用“预处理＋生物处理＋深度处理”、“生物处理+深度处理”组合工艺，其中深度处理一般采用双膜法，导致膜浓缩液的产生。
微波高级氧化技术可作为深度处理技术应用于垃圾渗滤液的处理。
2.1案例一某垃圾填埋场渗滤液，原水COD约为2100mg/L，颜色为深黑色。
渗滤液经地址/〒102208北京市昌平区龙祥制版集团工业园2号院办公楼三层地址/〒102208北京市昌平区龙祥制版集团工业园2号院办公楼三层前处理和生化处理，出水COD 为250mg/L 。
微波催化氧化法处理垃圾渗滤液的正交试验
ｙ ２ ２ ｍ ｍ（ｅ ｇ （ Ｏ） Ｅ Ｈ ／ Ｆ。） ／
Ｏ２ ． ０２ ８ ．７
活性 炭用量 儋
辐 射时 间， ｎ ｍｉ
５ ｌ Ｏ １ ５
２ ０
２ ４
０４ ０６ ．
０８ ．
基 金项 目：辽 宁省科 技厅 基金 项 目（０６ １７２２ ２０ ０ —３） １
由表 ３的极差分析可知， Ｈ、 ２ ２硫酸亚铁 、 ｐ ＨＯ 、 活性 炭 、 波辐 射时 间各 因素 的极 差分别 为 ２ ．６ 、 微 ７ ３ ５ ０２ ５ ．７ 、１． ２ ３３３ ． 、８９８ ４１ 、１．８ ，表 明 ｐ 对 反应结 ７ ７ Ｈ 果的影响最显著 ； 其次是活性炭用量 ； 再次是微波
时间 、硫 酸亚铁用量和 Ｈ２ 用量 ；在 １０ Ｏ２ ０ ｍＬ水样 中，最佳处 理条件为活性炭 ２ｇ ２ ．ｍＬ、硫 酸亚铁 ０８ ４ｇ Ｈ ６ 、Ｈ Ｏ２ ２ ０ ．３ 、ｐ 、 微波辐射时间 １ ｎ ０ｍｉ，垃圾渗滤液 中的 Ｃ Ｄ去除率达到 ７ ． ％。 Ｏ ５３ ６ 关键词 ：垃圾渗滤液 ；微波辐射 ；催化 氧化 ；正交试验
微波 有很强 的吸 收能力 ，由于其表 面 的不 均匀性 ，
为 ８ ｇ ，ｐ ８ ／ Ｈ值为 ８ ～ ．，浊度为 １７ Ｔ ｍ Ｌ ．８ ３ ４ ５Ｎ Ｕ。
１３ 试 验方 法 ．
取 １０ｍＬ质量 浓度 为 ３ ０ ０ ０ｍｇ 的水 样于 ２０ ０ ｍ ５ ｍＬ锥 形瓶 中 ，加入 Ｎａ 或 Ｈ２Ｏ 调节 ｐ 值 ， ＯＨ Ｓ４ Ｈ 依 次加 入一定 量 的硫 酸亚 铁 、活性 炭 、Ｈ ０ ，再加 ２２
０５ ６ ．５ ０８ ４ ．３
微波辅助催化氧化苯高性能催化剂实验研究
微波辅助催化氧化苯高性能催化剂实验研究卜龙利;张钰彩;王晓晖;刘海楠;张浩【摘要】High-performance catalyst of molecular sieve supported transition metals and rare earth element was prepared by traditional impregnation method, and the catalytic activity was checked by microwave assisted catalytic oxidation of benzene in our study. It indicated that 5 A type molecular sieve obtained from Tianjin kennel was an excellent carrier,and molecular sieve supported copper (Cu),manganese (Mn) and cerium (Ce) catalyst had a complete combustion temperature of 230 t for benzene. The appearance of Cu, jMn, 5O4 with crystalline spinel phase and amorphous phase improved the catalytic activity greatly, and the promoting effect of Ce was also significant. Molecular sieve loaded Cu-Mn-Ce catalyst showed good stability and high catalytic capacity after operating with 30 h. Based on the characteristics of the special surface area and surface morphology, it was found that the special surface area and pore size of the catalyst were enlarged during calcination and reaction, which are beneficial to the adsorption and oxidation of benzene. X-ray diffraction results showed that the crystalline structure of molecular sieve did not change significantly,and CuO and Mn2O3 were dispersed mainly onto the surface of the catalyst.%采用传统浸渍法制备分子筛负载过渡金属和稀土元素催化剂,通过微波辅助催化氧化苯性能实验考察其催化活性.研究表明,天津科密欧的5A分子筛为优良的催化剂载体,分子筛负载铜-锰-铈催化剂对苯的完全燃烧温度为230℃,铜(Cu)锰(Mn)双金属催化剂中晶相与非晶相Cu1.5Mn1.5O4尖晶石提高了催化剂的催化活性,稀土铈(Ce)的助催化效果显著；30 h的连续性实验表明,Cu-Mn-Ce/分子筛催化剂具有良好的稳定性和高的催化活性.催化剂的比表面积和表面形貌表征表明,催化剂比表面积和孔径受高温煅烧和氧化反应而增大,从而有助于苯的吸附与氧化降解；X射线衍射表明,实验前后分子筛结构未发生明显变化,铜锰主要以二价和三价的氧化物形态分布于催化剂表面.【期刊名称】《燃料化学学报》【年(卷),期】2012(040)007【总页数】8页(P878-885)【关键词】微波;催化氧化;分子筛负载金属催化剂;苯【作者】卜龙利;张钰彩;王晓晖;刘海楠;张浩【作者单位】西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055【正文语种】中文【中图分类】X703.1A挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)由于其刺激性、毒性和致癌性会使人出现头痛、恶心和中毒等症状［1］，VOCs还会破坏臭氧层、引发酸雨和产生光化学烟雾［2］，目前，已成为大气污染的主要来源之一。
微波催化氧化技术在废水处理中的应用
应 用 工 艺 研 究
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微 波 催 化 氧化 技 术 在 废水 处 理 中的应 用
陆慧 明 ， 梅 兆辉
（ 南 京 杰 全 微 波设 备 有 限公 司 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ３ ９ ）
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗａ ｖ ｅ Ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ Ｏｘ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ Ｗａ ｓ ｔ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ
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微波催化氧化的技术
3.1 MIOP的优势与不足
优点：工程小/设备简单/催化效率高 不足：
①由于吸附材料的问题导致净化处理时间较长 ②对某种 成分去除效果好却对另一种成分达不到处
理的要求
③催化氧化和吸附不能同时进行
3.2 发展方向
①寻求廉价高效、高效的催化剂，降低处理 成本 ②将微波技术技术有机结合 ③实现整个处理过程的连续化
2008.12. [4] 微波技术在水处理中的应用. 重庆文理学院学报. 2007.10. [5] 微波能污水处理技术简介. 北京水利. 2004.2. [6] 微波诱导催化技术在污水处理中的研究进展. 工业用水与废水. 2009.2. [7] 微波催化氧化法处理白酒废水. 江苏化工. 2004.12.
Fenton试剂 H2O2与FeSO4的混合物。
H2O2在Fe3+的作用下，可以分解为具有很强氧化能 力的OH·(氧化电位为+2.8V），将水体中的有机污 染物氧化。
MIOP也可以和其他污水处理方法联用
物理/化学/生化
2.1 相关报导
考虑因素： pH, 微波功率，试剂用量，催化剂用量 Liu用微波辐射法氧化甲苯，以为V2O5催化 剂，为TiO2载体，反应体系达到500K时就能 使其氧化成苯甲酸 (传统的方法需要在600K的条件下)；
参考文献
[1] 微波法处理生活污水可行性试验研究. 水处理技术. 2008.4.
THE END [2] 微波技术在废水处理中的应用. 环境监测管理与技术. 2007.8. Thanks for your attention. [3] 两种微波-活性炭法对苯酚的去除效果及其效能比较. 中国给水排水.
2.3 微波再生技术
• 活性炭的再生：吸附物质后的活性炭在 外界作用下脱附，以循环使用的过程。 • 热/生物/湿污水处理工艺流程图
微波辅助过氧化氢催化氧化降解壳聚糖
1．实验题目微波辅助过氧化氢催化氧化降解壳聚糖2．实验目的在非均相体系中弱酸性条件下，双氧水氧化降解壳聚糖制备低分子量壳聚糖的过程考察了双氧水用量、微波温度、时间等条件对壳聚糖降解的影响3．实验原理在弱酸性条件下非均相体系中，微波辅助双氧水催化氧化降解法是壳聚糖制备的一种高效的方法，通过正交试验得到了制备窄分子量低聚壳聚糖影响顺序为：反应温度>H2O2用量>反应时间。
降解各条件对分布指数的影响顺序是：H2O2用量>反应温度>反应时间。
从分布指数角度考虑最优条件是2g壳聚糖，双氧水用量4mL,微波温度90℃和微波时间50 min。
核磁共振波谱分析和红外光谱分析证明，低分子量壳聚糖的结构相对于壳聚糖原料并未发生变化。
双氧水氧化降解壳聚糖的过程是β-1, 4糖苷键的断裂过程。
4．实验器材实验仪器仪器型号生产单位双向磁力加热搅拌器78-2 金坛市杰瑞尔电器有限公司微波催化合成/萃取仪XH100B 北京祥鹄科技有限公司循环水式真空泵SHZ-D（Ⅲ）巩义市予华仪器有限责任公司旋转蒸发器RE52CS 上海亚荣生化仪器厂恒温水浴锅B-220 上海亚荣生化仪器厂电热恒温鼓风干燥箱DHG-9140A 上海一恒科学仪器有限公司电子天平BS110S 北京赛多利斯天平有限公司荧光分光光度计970CRT 上海精密科学仪器有限公司超级恒温槽NTT-2100 EYELA，日本pH计320-S 上海梅特勒-托利多仪器有限公司高效液相色谱仪P3000 自组装色谱柱G4000/6000 PWXL TSK-GEL 示差检测器RI K-2301 KMAUER5．实验步骤及实验现象5.1 0.5%醋酸溶液的配制用5mL吸量管取冰乙酸5mL，转移至1000mL容量瓶，定容，待用。
5.2 2mol/LKOH溶液的配制用电子天平称取28.0000g氢氧化钾固体，倒入小烧杯中，加入适量蒸馏水使其溶解，边加边搅拌，待溶解后，将溶液转移至250mL容量瓶中，将烧杯洗涤2～3次，也转移至容量瓶，定容，待用。
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普遍认为是破坏Na、K泵导致的
1.5 载体的选择
微波诱导催化反应中催化剂及载体的作用是非 常重要的，分为金属与非金属。对于金属催化 剂，能与微波发生强烈相互作用的当然主要是那 些铁磁性 金属。如镍 、钴和铁等。 分为 ① 微波高损耗物质 Ni2O3 MnO2 CoO4 ② 升温曲线有一拐点的物质 照射一段时间后才剧 烈升温 Fe2O3 CdO V2O5
2.1 相关报导
富马酸（反式丁二酸） 富马酸（反式丁二酸）废水
在活性炭与Fenton试剂存在下，用微波辐射处理 多次铁碳微电解处理后的富马酸废水。在 100 mL 水样中，活性炭用量为1.0g、双氧水用量为1.0mL、 、 废水pH为3、微波加热时间为10min、辐射功率为 350W的条件下，可以使富马酸废水的COD从 300mg/L降至 96.6mg/L 。
2008.12. [4] 微波技术在水处理中的应用. 重庆文理学院学报. 2007.10. [5] 微波能污水处理技术简介. 北京水利. 2004.2. [6] 微波诱导催化技术在污水处理中的研究进展. 工业用水与废水. 2009.2. [7] 微波催化氧化法处理白酒废水. 江苏化工. 2004.12.
3.2 发展方向
微波技术具有高效、节能、省时、操作
条件简单、无二次污染 等优点。
虽然也存在不尽人意的方面，但是随着人们对微 波技术的不断探索和发展，这些问题都会迎刃而 解。相信微波技术在水处理领域具有巨大的潜力 和优势，将会带来很大的工业效益和社会效益。
参考文献
[1] 微波法处理生活污水可行性试验研究. 水处理技术. 2008.4. [2] 微波技术在废水处理中的应用. 环境监测管理与技术. 2007.8. [3] 两种微波-活性炭法对苯酚的去除效果及其效能比较. 中国给水排水. 2008.12. [4] 微波技术在水处理中的应用. 重庆文理学院学报. 2007.10. [5] 微波能污水处理技术简介. 北京水利. 2004.2. [6] 微波诱导催化技术在污水处理中的研究进展. 工业用水与废水. 2009.2. [7] 微波催化氧化法处理白酒废水. 江苏化工. 2004.12.
因此，寻求废水处理的新技术非常必要。
3.微波诱导催化氧化技术 微波诱导催化氧化技术(MIOP) 微波诱导催化氧化技术 Microwave Induced Oxidation ຫໍສະໝຸດ rocess1.2 微波的性质
1. 300MHz-3000GHz 2. 体加热：
极性分子在电磁波作用下重新取向 重
4.9×109/s
2.2 相关报导
白酒废水
利用微波催化氧化处理白酒废水，其催化氧化的 最佳条件为100mL白酒废水，加活性炭1.0g， H2O2(30％)1.0mL，微波功率为490W，加热时间 20min，COD去除率达79.4％，用相似的方 ％ 法还处理了苯胺等其他 5 种类型废水，效果较好。 。 同时还进行了活性炭重复性试验，活性炭重复 活性炭重复l7 次，其处理效果不变。
2.3 微波再生技术
• 活性炭的再生：吸附物质后的活性炭在 外界作用下脱附，以循环使用的过程。 • 热/生物/湿式氧化/溶剂/电化学 等
2.1 微波污水处理工艺流程图
一号添加剂 进水 格栅 集水池 高位水槽1 高位水槽 二号添加剂
高位水槽2 高位水槽
清水
过滤池
沉淀池
微波反应器
2.4 可行性分析
参考文献
[1] 微波法处理生活污水可行性试验研究. 水处理技术. 2008.4.
THE END [2] 微波技术在废水处理中的应用. 环境监测管理与技术. 2007.8. Thanks for your attention. [3] 两种微波-活性炭法对苯酚的去除效果及其效能比较. 中国给水排水.
1.6 与化学试剂结合
Fenton试剂 试剂 H2O2与FeSO4的混合物。
H2O2在Fe3+的作用下，可以分解为具有很强氧化能 力的OH· (氧化电位为+2.8V），将水体中的有机污 染物氧化。
MIOP也可以和其他污水处理方法联用 也可以和其他污水处理方法联用
物理/化学/生化
2.1 相关报导
考虑因素： 考虑因素： pH, 微波功率，试剂用量，催化剂用量 Liu用微波辐射法氧化甲苯，以为V2O5催化 Liu V 剂，为TiO2载体，反应体系达到500K时就能 使其氧化成苯甲酸 (传统的方法需要在600K的条件下)；
1.5 载体的选择 1.5 载体的选择
③微波低损耗物质 Al2O3、TiO2、ZnO、PbO、La2O3、Y2O3、ZrO2 Nb2O5
非金属催化剂 ：活性炭 、改性活性炭（与金属 盐或氧化物复合）
最适宜作催化剂的是微波高损耗物质 微波高损耗物质，而载体则宜选用 微波高损耗物质 微波低损耗物质 最佳方案往往需要实验 来筛选
1.物理效应 物理效应
交变电磁场-分子运动-双电层的破坏-絮凝 与絮凝剂配合
2.化学效应 化学效应
热点-破坏/加速有机分子反应
3.生物效应 生物效应
热效应 和非热效应
1.4 微波对废水的综合作用
3.生物效应 生物效应
微波非热效应理论：在有些情况下，受电磁波辐 射的生物组织产热很低或即使产热在0.1℃以下， 但表现出效应。
昆明原第六污水处理厂
2004年5月28日～6月1日 共5天
3.1 MIOP的优势与不足
优点：工程小/设备简单/催化效率高 优点 不足： 不足
①由于吸附材料的问题导致净化处理时间较长 ②对某种 成分去除效果好却对另一种成分达不到处
理的要求
③催化氧化和吸附不能同时进行 不能同时进行
3.2 发展方向
①寻求廉价高效、高效的催化剂，降低处理 成本 ②将微波技术技术有机结合 ③实现整个处理过程的连续化
微波催化氧化技术在 废水处理中的应用
孙禹 化学生物学 07306518
内容概要
1.1 传统方法的缺点
1.物理 化学 生化 物理/化学 物理 化学/生化 2.传统的生化处理方法工艺成熟但运行稳定性差。 不能将废
污泥依然是处理难点。 。 水中的有机物彻底氧化分解，产生的污泥 污泥 物化方法处理废水工艺复杂，费用较高，有些物化处理方 工艺复杂， 法条件要求相当苛刻。
3. 穿透性 比紫外、红外强 4. 选择性加热 5. 热惯性小 微波停止，
加热停止
1.3 微波诱导氧化技术（MIOP）
1. 用于有机物废水的处理 2. 主要过程
① 载体上的催化剂位点吸收微波 ② 吸收微波的位点温度 迅速上升 > 1400 ℃ ③ 有机物在高温下解离或加速反应
1.4 微波对废水的综合作用