Introduzione ai risultati
Utilizzando la ganga di carbone (CG) come materia prima, la ganga di carbone modificata con ferro e rame (Fe2O3-CuO/rCG) è stata preparata mediante calcinazione, lisciviazione acida e modificazione del metallo. Sono state caratterizzate e analizzate la morfologia e la struttura di Fe2O3-CuO/rCG, nonché l'efficienza di degradazione e il meccanismo del sistema Fe2O3-CuO/rCG/H2O2 sull'inquinante organico eterociclico azoto difficile da degradare benzotriazolo (BTA) sono stati studiati.
I risultati mostrano che l'area superficiale specifica e il volume totale dei pori di Fe2O3-CuO/rCG sono aumentati significativamente dopo la modifica e Fe2O3 e CuO sono stati riempiti con successo nei pori del materiale;
Le condizioni ottimali di preparazione di Fe2O3-CuO/rCG sono la temperatura di calcinazione di 650 gradi, il tempo di calcinazione di 3 ore e la concentrazione di caricamento di ioni metallici di 0,07 mol/L;
Il meccanismo di accoppiamento Fe2O3-CuO/rCG con un sistema simile a Fenton per rimuovere il BTA include principalmente l'adsorbimento e la degradazione catalitica. L'adsorbimento comprende principalmente il riempimento dei vuoti, l'adsorbimento del ligando e il legame idrogeno. Nel processo di degradazione catalitica, OH e 1O2 sono le principali specie attive, mentre 1O2 è dominante. Il ciclo redox di Fe2+/Fe3+ e Cu+/Cu2+ accelera la generazione di specie attive nel sistema simile a Fenton.
Sviluppo innovativo
1. Preparare un nuovo catalizzatore tipo Fenton utilizzando la ganga di carbone di scarto solido industriale (CG), quindi adsorbire e degradare il benzotriazolo (BTA) nelle acque reflue.
2. L'area superficiale specifica e il volume totale dei pori di Fe2O3-CuO/rCG sono significativamente aumentati rispetto al CG e Fe2O3 e CuO vengono caricati con successo.
3. L'effetto di adsorbimento comprende il riempimento dei pori, il legame idrogeno e l'adsorbimento del ligando. OH e 1O2 sono le principali specie attive nel processo di degradazione catalitica e 1O2 è dominante.
4. Cu+ promuove il ciclo Fe3+/Fe2+, svolge un effetto sinergico e rafforza l'H2O2 per produrre specie di ossigeno più attive.
Introduzione al testo completo
La ganga di carbone (CG) è un rifiuto solido industriale generato durante l'estrazione e il lavaggio del carbone. Secondo le statistiche, il CG del mio paese ha accumulato più di 7 miliardi di tonnellate e continua a crescere a un ritmo di 280 milioni di tonnellate all'anno. Rispetto all'enorme produzione di CG, l'efficienza di utilizzo della CG è ancora difficile da soddisfare le sue enormi esigenze di trattamento. Se non viene gestito correttamente, causerà danni all’ambiente, come l’emissione di gas nocivi causati dalla combustione spontanea delle montagne della ganga, l’ingresso di metalli pesanti nelle falde acquifere e l’inquinamento dei corpi idrici causato dall’erosione dell’acqua piovana. Attualmente, i metodi di utilizzo delle risorse per la CG includono la generazione di energia da combustione, la produzione di materiali da costruzione e l’estrazione di prodotti chimici.
Le acque reflue chimiche contengono elevate concentrazioni di sostanze fenoliche, idrocarburi policiclici aromatici e composti eterociclici dell'azoto (NHC). Tra questi, gli NHC hanno una maggiore ecotossicità rispetto agli idrocarburi policiclici aromatici simili a causa della loro elevata polarità. Gli NHC come il benzotriazolo (BTA) hanno impatti negativi sulla qualità ambientale e sulla salute umana a causa della loro tossicità, cancerogenicità e mutagenicità. Attualmente, i metodi per il trattamento dei composti tossici refrattari ad alta concentrazione comprendono metodi biologici (bioamplificazione o combinazione di processi), metodi fisici (tecnologia di adsorbimento, estrazione e trattamento a membrana) e metodi chimici (processo di ossidazione avanzata).
In questo articolo, il CG è stato utilizzato come materia prima per preparare Fe2O3-CuO/rCG mediante calcinazione, lisciviazione acida e modificazione del metallo, e sono state effettuate la sua caratterizzazione e analisi. Sono stati studiati l'efficienza e il meccanismo di adsorbimento e degradazione del sistema Fe2O3-CuO/rCG/H2O2 sul BTA nell'acqua.
1) Dopo che il CG è stato modificato in Fe2O3-CuO/rCG, l'area superficiale specifica e il volume totale dei pori sono aumentati in modo significativo e i siti di adsorbimento sono aumentati; Fe2O3 e CuO sono stati riempiti con successo nei pori del materiale, favorendo l'adsorbimento e la degradazione del BTA.
2) Le condizioni ottimali di preparazione di Fe2O3-CuO/rCG: temperatura di calcinazione 650 gradi, tempo di calcinazione 3 ore, concentrazione di caricamento di ioni metallici 0,07 mol/L. Le condizioni di reazione ottimali per la degradazione di Fe2O3-CuO/rCG del BTA: concentrazione di massa iniziale di BTA 30 mg/L, dosaggio Fe2O3-CuO/rCG 2 g/L, concentrazione di H2O2 7 mmol/L, pH 5~9 possono ottenere un buon effetto di degrado.
3) Fe2O3-CuO/rCG può rimuovere bene il BTA nei primi due cicli e il tasso di rimozione del BTA può ancora raggiungere il 75,15% dopo il secondo utilizzo; i tassi di rimozione del TOC nei primi due cicli sono stati rispettivamente dell'87,69% e del 65,64% e i tassi di rimozione del TN sono stati rispettivamente dell'84,27% e del 48,04%.
4) Esistono due meccanismi principali per la rimozione del BTA da parte del sistema Fenton accoppiato Fe2O3-CuO/rCG: adsorbimento e degradazione catalitica. L'adsorbimento comprende principalmente il riempimento degli spazi, il legame idrogeno e l'adsorbimento del ligando. Le specie attive nel processo di degradazione catalitica sono ·OH e 1O2, e 1O2 è dominante. Il Fe2O3-CuO/rCG preparato in questo studio può realizzare l'utilizzo delle risorse del CG e il trattamento efficiente ed economico delle acque reflue chimiche contenenti BTA, in modo da raggiungere lo scopo di trattare i rifiuti con rifiuti e trasformare i rifiuti in tesoro, a basso tenore di carbonio, risparmio energetico, alta efficienza e protezione ambientale.