Gd/Fe-C复合材料的制备及其对垃圾渗滤液有机质降解效果的研究

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本研究采用六水合三氯化铁、活性炭粉、可溶性淀粉、氧化钆等物质,利用水热反应和高温烧结制备Gd/Fe-C复合材料,以垃圾渗滤液作为目标污染物,通过单因素实验和正交实验来优化Gd/Fe-C复合材料的最佳制备条件,并通过SEM、XRD、FTIR以及XPS等对稀土元素Gd强化前后的复合材料进行表征;同时探究Gd/Fe-C复合材料处理垃圾渗滤液的最佳工艺条件,通过紫外-可见光分析、切割分子量超滤分析、三维荧光光谱分析初步定性混合体系内有机物的种类,探明有机物种类、分子量大小以及官能团的降解规律,为环境水体处理和实际工程提供指标依据和技术参考,评估其作为生物法预处理的风险。实验结果表明:(1)通过单因素实验和正交设计实验,最终确定制备Gd/Fe-C复合材料的最佳条件为:Fe/C质量比为10:2(其中淀粉含量20%),聚四氟乙烯反应釜内加热温度为120℃,稀土添加量为7%,管式炉内焙烧温度900℃,焙烧升温速率为5℃·min-1,焙烧时间为1.0h。影响因素排序依次为:Fe/C质量比>焙烧温度>加热温度>稀土添加量。(2)Gd对Fe-C材料进行改性,致使材料表面更加细致紧密,同时抑制了铁系氧化物的生成,大幅提升了零价铁和活性炭的数量,出现了更多具有活性的C-O键和C-H键,通过SEM观察发现有长条状晶体出现;稀土元素Gd主要以Gd3+的形式存在于材料中,增大了材料的孔隙率使材料与垃圾渗滤液有更多的接触面积,提高材料的处理效率;Gd/Fe-C材料具有更高的强度和硬度,减少在反应过程中因碰撞开裂造成的材料损失。(3)向锥形瓶中加入100m L垃圾渗滤液原液,将溶液p H调节至6、温度为25℃,加入Gd/Fe-C复合材料6g,在振荡速率为80 rad/min条件下匀速震荡90min,对垃圾渗滤液的降解效果最为理想,即CODCr、TOC和UV254的去除率分别为70.54%、56.13%、97.27%,色度的去除率为97.37%。经处理后,垃圾渗滤液中的芳香度降低,难降解有机物得到一定降解,有利于后续的生化处理工艺。(4)老龄垃圾渗滤液中的主要成分为分子量<30 k Da的类富里酸,占总溶解性有机质的76.79%,其次是分子量>30 k Da类胡敏酸,占23.21%;经处理后,大部分的类富里酸被降解,DOM中分子量<3 k Da的小分子物质含量由31.89%上升至69.21%,且芳香族不饱和度和腐殖化程度降低,可生化性BOD5/COD由0.036提升至0.307,便于后续生化工艺处理。
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