复合金属氧化物催化处理酚类污染废水的应用研究

张祎敏

（石嘴山工贸职业技术学院，宁夏 石嘴山 753000）

酚类污染废水主要在双酚A、炼油、石油化工、合成纤维以及塑料等产品的制造过程中产生。对于酚类化合物而言，即使其在非常低浓度的量级也会对人体和微生物具有一定的毒害作用；当其浓度较高时可引起急性中毒反应，甚至死亡[1-2]。吸附法、生化法、溶剂萃取法以及高级氧化法均可用于酚类污染废水的治理，但是高级氧化法因其处理高效、降解彻底等优势被广泛应用，而且以催化湿式氧化法为主[3-5]。本文将以过渡金属氧化物为催化剂、双氧水为氧化剂对酚类污染废水进行处理，最终得出酚类污染废水采用复合金属氧化物催化处理的最佳工艺条件。

1 实验方案的设计

本文所研究的核心为采用复合金属氧化物催化处理酚类污染废水，通过实验的方式选出最佳的催化剂和处理工艺条件，上述研究主要基于实验的形式进行。根据上述研究内容，本实验包括有复合金属氧化物的制备和苯酚废水的处理两个环节。

1.1 实验内容

1.1.1 复合金属氧化物的制备

复合金属氧化物为催化湿式氧化法处理酚类污染废水的催化剂，为得到最佳的催化剂选型，需要根据相关理论和经验配置复合金属氧化物，具体步骤如下：

1）取3 种或者2 种一定物质的量浓度的过渡金属在硝酸盐溶液中充分反应，并在其中以60 滴/min的速度加入一定量的共沉淀剂，在反应过程中采用磁力搅拌器搅拌1 h；

2）将1）的反应产物陈化一定时间后，采用无水乙醇和蒸馏水对其进行洗涤，洗涤后置于60 ℃的烘箱中干燥12 h；

3）将2）的反应产物放置于马弗炉中煅烧若干小时，得到作为催化剂的复合金属氧化物。

1.1.2 酚类污染废水的治理

在上述复合金属氧化物制备完成后，以其为催化剂采用催化湿式过氧化氢氧化法对酚类污染废水进行治理，具体实验步骤如下：

1）在三口烧瓶中加入500 mL 酚类污染废水，同时向其中加入一定量的复合金属氧化物催化剂和质量分数为20%的双氧水；

2）样品加注完成后以2 000 r/min 的速度对其进行搅拌，同时将三口烧瓶置于水浴中进行反应，待反应结束后对过滤所得的滤液进行测试，重点对灰分酚的含量和COD 进行测定。

1.2 实验设备的选择及分析

在对实验内容进行综合分析的基础上，完成相关实验设备的选型，具体如表1 所示：

表1 酚类污染废水处理实验设备

2 复合金属氧化物催化剂的优选

本小节结合苯酚类污染废水的处理实际需求，采用两组分和三组分复合金属氧化物作为其催化剂对苯酚类污染废水进行治理。

2.1 两组分复合金属氧化物催化剂的优选

所研究的两组分复合金属氧化物包括有Zn-Fe、Zn-Co、Cu-Fe、Fe-Mn、Co-Mn、Cu-Mn 以及Zn-Mn 7 种催化剂。在上述两组分复合金属氧化物催化剂制备完成的基础上，按照“1”中所述的酚类污染废水的治理步骤对不同催化剂对应的治理效果进行实验对比分析，重点对酚类污染废水中COD 的去除率和挥发酚的去除率进行对比，相关实验数据如表2 所示：

表2 不同两组分复合金属氧化物降解效果对比

分析表2 中的实验数据可知，在酚类污染废水治理过程中加入复合金属氧化物对应的COD 去除率和挥发酚的去除率明显增加；对比不同复合氧化物对应的降解效果可知，当采用Cu-Mn 复合金属氧化物和Zn-Mn 复合金属氧化物其对酚类污染废水中COD 和挥发酚的去除率相近且效果最好。

2.2 三组分复合金属氧化物催化剂的优选

所研究的三组分复合金属氧化物包括有Co-Cu-Mn 和Cu-Mn-Zn 两类，上述两种复合金属氧化物均按照预先设定的步骤进行制备；基于制备完成的三组分复合金属氧化物对苯酚废水的治理效果进行实验研究，重点对酚类污染废水中COD 和挥发酚的去除率进行对比，相关实验数据如表3 所示：

表3 不同三组分复合金属氧化物降解效果对比

如表3 的实验数据分析可知，Cu-Mn-Zn 复合金属氧化物相比较与Co-Cu-Mn 复合金属氧化物对酚类污染废水中COD 和挥发酚具有更好的去除率，即对酚类污染废水具有更好的降解效果。

所以，三组分复合金属氧化物相比于两组分复合金属氧化物而言对酚类污染废水具有更好的降解效果。而且，以Cu-Mn-Zn 复合金属氧化物作为催化剂为左右选择，其对酚类污染废水中COD 的去除率可达92.4%，对挥发酚的去除率高达98.5%。

3 结语

酚类污染废水是工业生产中常见的废水之一，当其浓度较低时就对人体和微生物造成伤害，当其浓度较高时会导致急性重度甚至出现对生命构成威胁。因此，针对酚类污染废水的治理是当前急需解决的问题。相比于各种酚类污染废水的治理方向，催化湿式氧化法具有其独特的优势，唯一需要研究的是催化剂的选型。

1）复合金属氧化物为酚类污染废水治理的催化剂的首选，本文重点对两组分和三组分复合金属氧化物的催化效果进行研究。

2）酚类污染废水治理过程中加入复合金属氧化物对应的COD 去除率和挥发酚的去除率明显增加；对比不同复合氧化物对应的降解效果可知，当采用Cu-Mn 复合金属氧化物和Zn-Mn 复合金属氧化物其对酚类污染废水中COD 和挥发酚的去除率相近且效果最好。

3）三组分复合金属氧化物相比于两组分复合金属氧化物而言对酚类污染废水具有更好的降解效果；而且，以Cu-Mn-Zn 复合金属氧化物作为催化剂为最优选择，其对酚类污染废水中COD 的去除率可达92.4%，对挥发酚的去除率高达98.5%。