復合金屬氧化物催化處理酚類污染廢水的應用研究

張祎敏

（石嘴山工貿職業技術學院，寧夏 石嘴山 753000）

酚類污染廢水主要在雙酚A、煉油、石油化工、合成纖維以及塑料等產品的制造過程中產生。對于酚類化合物而言，即使其在非常低濃度的量級也會對人體和微生物具有一定的毒害作用；當其濃度較高時可引起急性中毒反應，甚至死亡[1-2]。吸附法、生化法、溶劑萃取法以及高級氧化法均可用于酚類污染廢水的治理，但是高級氧化法因其處理高效、降解徹底等優勢被廣泛應用，而且以催化濕式氧化法為主[3-5]。本文將以過渡金屬氧化物為催化劑、雙氧水為氧化劑對酚類污染廢水進行處理，最終得出酚類污染廢水采用復合金屬氧化物催化處理的最佳工藝條件。

1 實驗方案的設計

本文所研究的核心為采用復合金屬氧化物催化處理酚類污染廢水，通過實驗的方式選出最佳的催化劑和處理工藝條件，上述研究主要基于實驗的形式進行。根據上述研究內容，本實驗包括有復合金屬氧化物的制備和苯酚廢水的處理兩個環節。

1.1 實驗內容

1.1.1 復合金屬氧化物的制備

復合金屬氧化物為催化濕式氧化法處理酚類污染廢水的催化劑，為得到最佳的催化劑選型，需要根據相關理論和經驗配置復合金屬氧化物，具體步驟如下：

1）取3 種或者2 種一定物質的量濃度的過渡金屬在硝酸鹽溶液中充分反應，并在其中以60 滴/min的速度加入一定量的共沉淀劑，在反應過程中采用磁力攪拌器攪拌1 h；

2）將1）的反應產物陳化一定時間后，采用無水乙醇和蒸餾水對其進行洗滌，洗滌后置于60 ℃的烘箱中干燥12 h；

3）將2）的反應產物放置于馬弗爐中煅燒若干小時，得到作為催化劑的復合金屬氧化物。

1.1.2 酚類污染廢水的治理

在上述復合金屬氧化物制備完成后，以其為催化劑采用催化濕式過氧化氫氧化法對酚類污染廢水進行治理，具體實驗步驟如下：

1）在三口燒瓶中加入500 mL 酚類污染廢水，同時向其中加入一定量的復合金屬氧化物催化劑和質量分數為20%的雙氧水；

2）樣品加注完成后以2 000 r/min 的速度對其進行攪拌，同時將三口燒瓶置于水浴中進行反應，待反應結束后對過濾所得的濾液進行測試，重點對灰分酚的含量和COD 進行測定。

1.2 實驗設備的選擇及分析

在對實驗內容進行綜合分析的基礎上，完成相關實驗設備的選型，具體如表1 所示：

表1 酚類污染廢水處理實驗設備

2 復合金屬氧化物催化劑的優選

本小節結合苯酚類污染廢水的處理實際需求，采用兩組分和三組分復合金屬氧化物作為其催化劑對苯酚類污染廢水進行治理。

2.1 兩組分復合金屬氧化物催化劑的優選

所研究的兩組分復合金屬氧化物包括有Zn-Fe、Zn-Co、Cu-Fe、Fe-Mn、Co-Mn、Cu-Mn 以及Zn-Mn 7 種催化劑。在上述兩組分復合金屬氧化物催化劑制備完成的基礎上，按照“1”中所述的酚類污染廢水的治理步驟對不同催化劑對應的治理效果進行實驗對比分析，重點對酚類污染廢水中COD 的去除率和揮發酚的去除率進行對比，相關實驗數據如表2 所示：

表2 不同兩組分復合金屬氧化物降解效果對比

分析表2 中的實驗數據可知，在酚類污染廢水治理過程中加入復合金屬氧化物對應的COD 去除率和揮發酚的去除率明顯增加；對比不同復合氧化物對應的降解效果可知，當采用Cu-Mn 復合金屬氧化物和Zn-Mn 復合金屬氧化物其對酚類污染廢水中COD 和揮發酚的去除率相近且效果最好。

2.2 三組分復合金屬氧化物催化劑的優選

所研究的三組分復合金屬氧化物包括有Co-Cu-Mn 和Cu-Mn-Zn 兩類，上述兩種復合金屬氧化物均按照預先設定的步驟進行制備；基于制備完成的三組分復合金屬氧化物對苯酚廢水的治理效果進行實驗研究，重點對酚類污染廢水中COD 和揮發酚的去除率進行對比，相關實驗數據如表3 所示：

表3 不同三組分復合金屬氧化物降解效果對比

如表3 的實驗數據分析可知，Cu-Mn-Zn 復合金屬氧化物相比較與Co-Cu-Mn 復合金屬氧化物對酚類污染廢水中COD 和揮發酚具有更好的去除率，即對酚類污染廢水具有更好的降解效果。

所以，三組分復合金屬氧化物相比于兩組分復合金屬氧化物而言對酚類污染廢水具有更好的降解效果。而且，以Cu-Mn-Zn 復合金屬氧化物作為催化劑為左右選擇，其對酚類污染廢水中COD 的去除率可達92.4%，對揮發酚的去除率高達98.5%。

3 結語

酚類污染廢水是工業生產中常見的廢水之一，當其濃度較低時就對人體和微生物造成傷害，當其濃度較高時會導致急性重度甚至出現對生命構成威脅。因此，針對酚類污染廢水的治理是當前急需解決的問題。相比于各種酚類污染廢水的治理方向，催化濕式氧化法具有其獨特的優勢，唯一需要研究的是催化劑的選型。

1）復合金屬氧化物為酚類污染廢水治理的催化劑的首選，本文重點對兩組分和三組分復合金屬氧化物的催化效果進行研究。

2）酚類污染廢水治理過程中加入復合金屬氧化物對應的COD 去除率和揮發酚的去除率明顯增加；對比不同復合氧化物對應的降解效果可知，當采用Cu-Mn 復合金屬氧化物和Zn-Mn 復合金屬氧化物其對酚類污染廢水中COD 和揮發酚的去除率相近且效果最好。

3）三組分復合金屬氧化物相比于兩組分復合金屬氧化物而言對酚類污染廢水具有更好的降解效果；而且，以Cu-Mn-Zn 復合金屬氧化物作為催化劑為最優選擇，其對酚類污染廢水中COD 的去除率可達92.4%，對揮發酚的去除率高達98.5%。