氧化鈷催化氧化造紙廢水的研究

黃廣君，張金磊，覃玉月

(1．南寧學院 機電與質量技術工程學院，廣西 南寧 530200；2．南寧景林粘膠涂料有限公司，廣西 南寧 530001； 3．百色學院，廣西 百色 533000)

造紙廢水中含有各種有機物，亞硝酸鹽，亞鐵鹽等物質。其中半纖維素、木質素、無機酸鹽、無機填料以及油墨、染料等污染物是形成COD和BOD的主要成分。

本研究以鈷基磁性納米材料催化氧化深度處理造紙廢水，能有效降解污染物質，而且不會造成二次污染，對造紙廠水質的處理提供新的方法。

實驗以鈷基磁性納米材料作為催化劑，通過考察反應溫度、催化劑用量、過氧化氫用量等因素對造紙廢水降解效果的影響，得出較佳的催化氧化處理造紙廢水的工藝條件。

1 實驗方法

水樣主要采集于田東縣思林鎮造紙廠二度處理的造紙廢水，采取的水樣存放于玻璃瓶中，置于4 ℃下保存。準確量取一定量的造紙廢水倒入三口瓶中，水浴加熱至所需的設定值，待加熱至達到指定溫度后，向三口燒瓶中加入一定量的CoO催化劑，后加入一定量的30 %的雙氧水，催化反應90 min。固定間隔時間取樣，置于放入離心機離心10 min，取其上清液測定COD及400 nm處的吸光度。

2 COD和色度的測定

2.1 COD的測定方法

(1)取20.00 mL混合均勻的水樣(或適量水樣稀釋至20.00 mL)置于250 mL磨口錐形瓶中，準確加入10.00 mL重鉻酸鉀標準溶液及適量小玻璃珠或沸石，連接冷凝管，從其上口慢慢地加入30 mL硫酸-硫酸銀溶液，加熱回流2 h。

(2)冷卻后，用90 mL水沖洗冷凝管壁，取下錐形瓶。加3滴試亞鐵靈指示液，用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定至紅褐色即為終點，記錄硫酸亞鐵銨標準溶液的用量。

(3)測取20.00 mL重蒸餾水，作空白試驗。記錄空白時硫酸亞鐵銨標準溶液的用量。

(4)COD含量的計算公式：(V0-V1)×C×8×1000/V

式中：C——硫酸亞鐵銨標準溶液的濃度，mol/L；

V0——滴定空白時硫酸亞鐵銨標準溶液的用量，mL；

V1——滴定水樣時硫酸亞鐵銨標準溶液的用量，mL；

V——水樣的體積，mL；

8-1/2氧摩爾質量，g/mol。

2.2 色度的測定方法

取水浴加熱90 min的待測水樣上層清液置于四支50mL的離心管中，放入離心機中離心10 min。準確吸取上清液，用分光光度計測其400 nm 處的吸光度。

3 結果與討論

3.1 反應溫度對COD和色度去除率的影響

在pH值=6.98、催化劑 CoO用量為1.0 g/L、30% H2O用量為3.0 g/L，反應時間為90 min的條件下，研究反應溫度對造紙廢水處理效果的影響，實驗結果如圖1所示。

圖1 反應溫度對COD和色度去除率的影響

由圖1可知，隨著反應溫度的升高，造紙廢水COD去除率和吸光度的去除率逐步增加，當溫度為80 ℃達最大值，此時色度去除率為到80.45 %，COD去除率為83.61 %。

3.2 催化劑CoO用量對COD和色度去除率的影響

在反應溫度為 80 ℃、pH值=6.98、30 % H2O2用量為3.0 g/L，反應時間為90 min的條件下，研究反應催化劑CoO用量對造紙廢水處理效果的影響，結果如圖2。

圖2 催化劑CoO用量對COD和色度去除率的影響

由圖2可知，在不加催化劑時，色度去除率為達到63.37%，而加入催化劑CoO，造紙色度去除率為77.98%。在不加催化劑的反應體系中，COD去除率為40.28 %，隨著催化劑用量的增加，COD去除率逐漸增大，當催化劑用CoO量為1.0 g/L時，COD去除率達最大，為84.03 %。隨著催化劑的逐漸增加，COD去除率下。這可能是因為隨著催化劑的用量的增加，產生的·OH也不斷增加，過多的·OH來不及與水中的有機物結合反應，自由基自身互相碰撞，使反應不能有效進行，沒能與污染物反應。

3.3 H2O2用量對COD和色度去除率的影響

在反應溫度為 80 ℃，pH值=6.98、催化劑投加質量濃度為1.0 g/L，反應時間為的90 min條件下，研究H2O2用量對造紙廢水處理效果的影響，實驗結果如圖3。

如圖3所示，無H2O2時，造紙廢水色度去除率為65.98 %，COD去除率為71.39%，隨著H2O2用量的增加，色度去除率逐漸增大，當H2O2用量為3.0 g/L時，色度去除率達最高值76.35 %。當H2O2用量為3.0 g/L時，COD去除率效果達最高79.72 %。

圖3 H2O2用量對COD和色度去除率的影響

4 結論

綜上，以鈷基磁性納米氧化鈷作催化劑深度處理造紙廢水是一項具有很有應用前景的研究技術。其擁有易操作，無二次污染等優點。鈷基磁性納米材料極強的吸附能力、良好的導電能力、高效的催化活性以及良好的定向能力和生物兼容性，不但可以有效降解水中的污染物，使其完全礦化或轉化為無毒物質，而且還可以有效降低廢水中COD和色度，這對造紙業廢水處理具有重大的研究意義。

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