Mn‑GAC粒子及其在三维电化学反应处理4‑氯酚废水中的应用制造技术

本发明专利技术公开Mn‑GAC粒子，该粒子是将Mn金属离子采用浸渍法通过负载修饰颗粒活性炭制备得到的负载型Mn‑GAC粒子。以负载型Mn‑GAC粒子为粒子电极，以形稳阳极DSA电极为阳极，以钛板为阴极，构建复极式三维电化学反应器，在电化学氧化作用下进行三维电化学反应，将4‑氯酚最终降解为二氧化碳和水。运用Mn‑GAC粒子处理4‑氯酚废水，4‑氯酚的去除率可达到99％以上。同时，该粒子制备工艺简单，粒子可以重复使用，极大降低了4‑氯酚废水的处理成本，并提高了4‑氯酚废水处理效率。

Mn GAC particles and their application in the treatment of 4 chlorophenol wastewater by three dimensional electrochemical reaction

The invention discloses Mn GAC particle, which is a load type Mn GAC particle obtained by impregnating Mn metal ions through loading modified granular activated carbon. A repolarization three dimensional electrochemical reactor was constructed with a loaded Mn GAC particle as a particle electrode, a stable anode DSA electrode as the anode and a titanium plate as the cathode. The electrochemical reaction was carried out under the electrochemical oxidation. The 4 chlorophenol was eventually degraded into carbon dioxide and water. The removal rate of 4 chlorophenol can reach more than 99% by using Mn GAC particles to treat 4 chlorophenol wastewater. At the same time, the preparation process of the particle is simple, the particle can be reused, and the treatment cost of 4 chlorophenol wastewater is greatly reduced, and the treatment efficiency of 4 chlorophenol wastewater is improved.

【技术实现步骤摘要】
Mn-GAC粒子及其在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用
本专利技术属于污水处理
，特别涉及Mn-GAC粒子制备及其在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用。
技术介绍
随着石油化工、塑料、合成纤维等工业的迅猛发展，生产中产生的含酚废水排入自然界，造成水污染的同时，还影响了水生生物生长繁殖。含酚废水是难降解有毒有机物，也是是环境治理中的难点，国内外对严格控制酚类物质的排放。含酚类工业废水的处理也成为热点研究内容之一。目前含酚类物质废水处理一般可采用吸附法，吸附剂常采用活性炭，然而吸附法处理只是实现酚类物质的相转移，并不能进行有毒有害物质深度化及绿色化处理。电化学氧化作为高级氧化技术一种，具有氧化性强，反应速率快，适应性广，无二次污染，处理设备简单，电解条件易于操作控制等优点，成为难降解有毒有害废水处理的研究热点之一。庞杰等采用异相离子交换膜电渗析法处理苯酚废水，考察了不同因素对苯酚处理效果的影响。实验结果表明，该方法对苯酚废水的处理效果较好，而且处理废水的能耗低，操作过程也较方便。ZUCHENGWU使用β-PbO2阳极研究了苯酚的氧化降解过程，在研究过程中考察了初始pH值、电流密度以及温度对苯酚降解的影响，推测出了苯酚的降解途径，而且建立了苯酚和苯醌氧化降解的数学模型。王太斌等采用一种自制的新型复合多孔电极-膨胀石墨基炭/炭复合电极(EGC电极)对苯酚进行了电化学氧化降解，并探讨了苯酚的降解工艺条件。电-Fenton法是将电化学法和Fenton试剂法相结合的方法，电-Fenton法的基本原理是在酸性溶液中，通过电解的方式使得O2在阴极还原生成H2O2，生成的H2O2迅速与Fe2+发生反应生成·OH和Fe3+，·OH具有很高的氧化电位其电位值达2.8V，利用·OH的强氧化能力可将难降解的有机物污染物氧化降解为氧化为小分子的有机物，或者彻底降解为CO2和H2O；同时Fe3+又能在阴极被还原为Fe2+，从而形成一个循环进行氧化反应。电-Fenton法的实质就是通过电化学法持续产生Fe2+和H2O2，形成一个循环。电-Fenton法作为一种新型的电化学处理方法被广泛应用于处理含酚类、有机酸、农药、有机合成染料、个人护理产品等难降解废水的试验研究。白炜等采用电-Fenton法处理了含酚废水，经实验分析得出电-Fenton法处理苯酚模拟废水的最佳反应条件为：pH值控制在2，电解电压10V，反应时间为60min，Na2SO4浓度为30g/L，苯酚初始浓度150mg/L，在该条件对苯酚的处理其去除率可达82％。杜彦生等人采用电-Fenton法对二硝基重氮酚废水进行了处理。实验结果表明二硝基重氮酚废水的最佳处理条件为：电解时间3.5h，pH值为4，直流电压12V，H2O2的投加量为10mL/L，在此处理条件下二硝基重氮酚废水COD去除率可达97.24％，色度去除率可达93.75％。当前，含酚工业废水主要采用吸附法处理，活性炭有发达的内部孔隙结构，表面积大，化学稳定性好，可耐强酸及强碱。能经受水浸、高温、高压，是较为常用的吸附剂。活性炭有粉末状和颗粒状活性炭(GranularActivatedCarbon，GAC)。粉末活性炭容易制备，价格便宜，吸附能力强，但是再生不容易，重复使用性差。相比于粉末活性炭，虽然颗粒活性炭价格高贵，但是可再生重复使用，是水处理中常用材料。
技术实现思路
本专利技术就是针对现有技术中含酚工业废水的传统处理方法中，去除难度大，去除率有限、去除成本高、操作复杂等问题，提供一种Mn-GAC粒子制备及其在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术的技术方案如下Mn-GAC粒子，该粒子是将Mn金属离子采用浸渍法通过负载修饰颗粒活性炭制备得到的负载型Mn-GAC粒子。作为技术方案的进一步改进，以上所述的Mn-GAC粒子，所述的负载型Mn-GAC粒子制备方法具体步骤包括：先将Mn(NO3)2溶解在有机醇溶剂中得到混合溶液，再将GAC浸泡在混合溶液中，摇床150-200r/min震荡2小时以上，得到负载型Mn-GAC粒子粗品，然后烘干、200-300℃焙烧即可得到负载型Mn-GAC粒子。作为技术方案的进一步改进，以上所述的Mn-GAC粒子制备方法中，所述的摇床频率为150-200r/min，所述的焙烧温度为200-300℃。作为技术方案的进一步改进，以上所述的Mn-GAC粒子，Mn(NO3)2和GAC的质量比为：1:10～1:20。作为技术方案的进一步改进，以上所述的Mn-GAC粒子，还包括颗粒活性炭预处理，所述的颗粒活性炭预处理为将颗粒活性炭用大量去离子水煮沸洗净，烘干。作为技术方案的进一步改进，以上所述的Mn-GAC粒子制备方法中，所述的烘干温度为100-110℃。以上任一所述的Mn-GAC粒子在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用，以负载型Mn-GAC粒子为粒子电极，以形稳电极(DSA)电极为阳极，以钛板为阴极，构建复极式三维电化学反应器，在电化学氧化作用下进行三维电化学反应，将4-氯酚最终降解为二氧化碳和水。作为技术方案的进一步改进，以上所述的Mn-GAC粒子在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用，所述的三维电化学反应采用的电解质为Na2SO4、NaCl、K2SO4、KCl中的一种。作为技术方案的进一步改进，以上所述的Mn-GAC粒子在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用，所述的三维电化学反应中，所述的4-氯酚废水浓度为100-500mg/L，模拟废水体积200-300mL，电解质浓度为2-4g/L，阴极和阳极之间的板间距为2-4cm、反应电流为1-2A、粒子电极投加量10-20g。作为技术方案的进一步改进，以上所述的Mn-GAC粒子在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用，所述的三维电化学反应的温度为40-60℃。作为技术方案的进一步改进，以上所述的Mn-GAC粒子在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用，所述的三维电化学反应中，将4-氯酚先降解为含羟基自由基的中间产物，最终降解为二氧化碳和水；所述的含羟基自由基的中间产物对苯醌、4-氯邻苯二酚、对苯二酚、反丁烯二酸、草酸中的一种或两种以上的混合。作为技术方案的进一步改进，以上所述的Mn-GAC粒子在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用，所述的4-氯酚废水中4-氯酚的去除率达到99％以上。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以Mn–GAC粒子作为粒子电极构建了三维电化学反应器对4-氯酚进行氧化降解，三维电化学反应器由于第三维电极的加入使其相较于普通二维电化学反应器其工作电极的面积大大增加，电解效率得到了提高，同时由于粒子间的间距小从而使得物质间的传质速度也得到了提高。同时MnO2是缺氧型的n型半导体，导电率高，耐腐蚀性强，采用颗粒活性炭作为载体相较于其他载体其价格较低、来源广泛。与其他粒子电极相比该粒子电极制备工艺简单，粒子可以重复使用，同时由于其载体为活性炭，其吸附有机污染物的能力也高于其他粒子电极，极大降低了4-氯酚废水的处理成本，大大提高了4-氯酚的去除率。附图说明图1为Mn-GAC粒子的扫描电镜图。图2为Mn-GAC粒子表面元素分析EDS图。图3为Mn-GAC粒子电极XRD图图4为Mn-GAC粒子电本文档来自技高网...

【技术保护点】
Mn‑GAC粒子，其特征在于：所述的Mn‑GAC粒子是将Mn金属离子采用浸渍法通过负载修饰颗粒活性炭制备得到的负载型Mn‑GAC粒子。

【技术特征摘要】
1.Mn-GAC粒子，其特征在于：所述的Mn-GAC粒子是将Mn金属离子采用浸渍法通过负载修饰颗粒活性炭制备得到的负载型Mn-GAC粒子。2.根据权利要求1所述的Mn-GAC粒子，其特征在于：所述的负载型Mn-GAC粒子制备方法具体步骤包括：先将Mn(NO3)2溶解在有机醇溶剂中得到混合溶液，再将GAC浸泡在混合溶液中，摇床150-200r/min震荡2小时以上，得到负载型Mn-GAC粒子粗品，然后烘干、200-300℃焙烧即可得到负载型Mn-GAC粒子。3.根据权利要求1或2所述的Mn-GAC粒子，其特征在于：Mn(NO3)2和GAC的质量比为：1:10～1:20。4.根据权利要求1或2所述的Mn-GAC粒子，其特征在于：还包括颗粒活性炭预处理，所述的颗粒活性炭预处理为将颗粒活性炭用大量去离子水煮沸洗净，烘干。5.一种如权利要求1-4任一所述的Mn-GAC粒子在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用，其特征在于：以负载型Mn-GAC粒子为粒子电极，以形稳阳极DSA电极为阳极，以钛板为阴极，构建复极式三维电化学反应器，在电化学氧化作用下进行三维电化学反应，将4-氯酚最终降解为二氧化碳和水。6.根据权利要求5所述的Mn-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李媚，廖安平，覃琴，蓝平，陈熠嘉，谢树明，谢涛，
申请(专利权)人：广西民族大学，
类型：发明
国别省市：广西,45