响应面优化光催化降解低浓度富马酸废水.pdf

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1、第3l卷第2期上海第二工业大学学报、，0I．31NO．22014年6月JOURNALoFSHANGHAISEC0NDPOITBCHNICUNIVERSITYJun．2014文章编号：1001．4543(2014)02—0095—09响应面优化光催化降解低浓度富马酸废水陈胜文，陆韵吉，张鸿雁，高桂兰(上海第二工业大学城市建设与环境工程学院，上海201209)摘要：采用TiO2光催化氧化处理低浓度富马酸废水。在单因素实验基础上，通过响应面分析法中Box—Behnken进行实验设计，以废水初始浓度、pH值、催化剂投入量及光照时间作为变量，以废水的降解率作为响应量，研究不同变量对富马酸废水降

2、解效率的影响及其交互作用。实验结果表明，该处理方法对富马酸废水具有很好的降解效率，光催化降解富马酸过程符合一一级降解动力学过程；二次多项式的拟合优化结果表明，光照时间和废水pH值的交互作用显著。优化出的降解低浓度富马酸的最佳工艺条件是：废水初始浓度为68．76mg／L时，催化剂投加量为0．06g，pH值为5．0l，反应时间为48．67min，在该操作条件下降解效率可以达到97-41％。关键词：富马酸；响应面分析法；TiO2；光催化中图分类号：X505文献标志码：A0引言最优的工艺参数，是解决多变量问题的一种统计方法[4]。富马酸是一种不饱和二元羧，一种重要的化工本文针对低浓度范围的富

3、马酸，采用TiO2光催原料，最先从延胡索属植物分离得到。工业合成中化的高级氧化法对富马酸废水进行降解，使用高效会产生大量的低pH值、高COD、高硫脲浓度的废液相色谱进行定量，通过响应面分析法找出各因素水，因而此类废水的生化降解性差，较难处理[]。目直接及交互对于降解率的影响，提出优化方案，进而前主要的处理方法包括铁碳微电解法、微波催化氧指导实验及实际废水处理操作，提高富马酸的处理化法[2]、厌氧水解法、生物接触氧化法、超临界水效率。氧化法与溶剂萃取法，但这些方法都是用来处理较高浓度富马酸废水的，而对于低浓度富马酸废水的1实验部分处理效果并不理想。TiO2光催化氧化法是基于羟基自由基(

4、．OH)的1．1试剂与设备高级氧化技术，在处理废水中有机污染物时，具有光富马酸废水(浙江伟博化工科技有限公司1号催化剂廉价、无毒、稳定及可重复利用的特点，能使废水池，已经经过多道处理)；TiO2(P25型，德国De．污染物质完全矿化分解，达到除毒、脱色、去臭的gussa公司)；甲醇(HPLC级，国药集团化学试剂有限目的，不会产生二次污染，可以在常温常压下进行反公司)，盐酸(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，应，能耗低、操作简单【3】。NaOH(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)。响应面分析法(ResponseSurfaceMethodology,XPA系列光化学反应仪(南京胥江机电

5、厂)；RSM)是数学方法和统计方法相结合的产物，它利SHIMADZU高效液相色谱(HPLC)(ShimadzuLC．用合理的实验设计方法并通过实验得到一定数据，20A系统，配输液单元ProminenceLC一20AD，检测然后采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值采用紫外可见SPD20A，自动进样器，柱温箱CTO．之间的函数关系，再通过对回归方程的分析来寻求20A)，pH计。收稿日期：2014．03．05通讯作者：陈胜文(1977-)，男，江西南昌人，副教授，博士，主要从事污染物环境行为研究，电子邮箱swchen@sspu．edu．ca。基金项目：上海第-32业大学培育学科建设项目(

6、No．XXKPY1303)，上海电子废弃物资源化产学研合作开发中心开放、开发基金(No．ZF1224．15)资助上海第二工业大学学报2014年第31卷数据分析采用响应面分析软件——．DesignEx．表1实验因素及水平pert(Version7．1．3、。Tab．1Levelsandfactorsoftheexperiment1．2实验方法1．2．1富马酸浓度的测定该废水的组成成分复杂，但主要成分为富马酸，故本实验以富马酸的浓度变化来表示废水的处理效果，使用高效液相色谱法进行检测。色谱条件为：色谱柱Kromasil—C18柱；流动相为甲醇和水(体积比为80：2O)；检测波长210nm

7、；流速0．8mL／min；进样量10IxL；柱温25。C。2结果与分析在上述的色谱条件下，HPLC检测出的富马酸2．1富马酸降解的单因素影响的液相色谱图如图1所示，富马酸的保留时间约为2．1．1催化剂投加量对富马酸废水降解的影响2．3min。TiO2的用量对整个降解反应的速率和效果会有影响，当催化剂用量增加到一定值时降解速率不再提高，反而有所下降。开始时速率提高是因为随着催化剂的增加，其自身产生的．HO不断增加[7]。实验结果如图2所示，废水的处理效果在催