糖蜜酒精廢水是一種典型的難處置工業(yè)廢水，其有機(jī)污染物濃度高，色度大，成分復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的處置工藝對(duì)其實(shí)施處置通常難以到達(dá)環(huán)保排放規(guī)范。由此，各種深度處置技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

　　鐵碳微電解技術(shù)是一種深度處置技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用金屬腐蝕原理，經(jīng)過(guò)構(gòu)成微小原電池對(duì)廢水實(shí)施處置。由于該技術(shù)具有本錢(qián)低、處置效果好等優(yōu)勢(shì)，目前已應(yīng)用到多種廢水的深度處置中，并獲得了較好的成果。鐵碳微電解技術(shù)的中心是Fe/C材料，為了使Fe/C材料具有更高效的處置才能，需求對(duì)Fe/C材料實(shí)施改性處置。在我國(guó)，稀土資源豐厚，加上其共同的催化作用，使其在材料改性方面得到了普遍應(yīng)用。

　　本研討采用稀土鈰的氧化物(CeO2)摻雜Fe/C材料，并以改性后材料深度處置糖蜜酒精廢水，研討了Ce-Fe/C制備中鐵碳質(zhì)量比、稀土鈰添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及Ce-Fe/C處置廢水過(guò)程中反響時(shí)間等要素對(duì)廢水處置效果的影響，并對(duì)稀土鈰摻雜前后Fe/C材料的性能實(shí)施了研討。

　　一、實(shí)驗(yàn)局部

　　1.1 試劑與儀器

　　試劑：復(fù)原鐵粉、碳粉、稀土鈰(二氧化鈰)、鹽酸、氫氧化鈉、硫酸亞鐵銨、重鉻酸鉀等，均為剖析純，硫酸，優(yōu)級(jí)純。實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

　　儀器：pHS-3C精細(xì)pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司，HY-5A盤(pán)旋振蕩器，金壇市梅香儀器有限公司，SK3-2-10真空管式爐，杭州卓馳儀器有限公司，DR6000-722N分光光度計(jì)，美國(guó)哈希公司，HitachiSU8220場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，日本日立公司，DX-2700A多晶X射線(xiàn)衍射儀，丹東浩元儀器有限公司，NicoletiS50傅里葉變換紅外光譜儀、ESCALAB250XI+X射線(xiàn)光電子能譜儀，美國(guó)ThermoFisherScientific公司。

　　1.2 Ce-Fe/C材料的制備

　　將一定質(zhì)量復(fù)原鐵粉、碳粉、稀土鈰以及催化劑銅粉(添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%)、造孔劑碳酸氫銨(添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%)和黏結(jié)劑黏土(添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%)等混合平均，參加適量去離子水，然后用模具制成規(guī)整化球形顆粒材料。將所制得顆粒材料置于外表皿上，于真空枯燥烘箱中在105℃下烘干至恒重，再于真空管式爐中在900℃下高溫焙燒60min。冷卻后取出，即得Ce-Fe/C復(fù)合材料。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)辦法

　　將制備的Ce-Fe/C復(fù)合材料置于糖蜜酒精廢水中，待吸附飽和后備用。糖蜜酒精廢水取自廣西南寧市左近某食用酒精廠(chǎng)污水處置工藝氧化段后廢水，水質(zhì)：pH5~6，色度100倍，COD300~400mg/L。

　　取100mL糖蜜酒精廢水于250mL錐形瓶中，調(diào)理廢水pH為4，然后參加10g的Ce-Fe/C復(fù)合材料。置于盤(pán)旋振蕩器上，在常溫下以80r/min的速率震蕩反響一定時(shí)間。靜置，取上清液，測(cè)定色度和COD。色度采用分光光度法測(cè)定，測(cè)定波長(zhǎng)380nm。COD采用微波消解-硫酸亞鐵銨滴定法測(cè)定。

　　二、結(jié)果與討論

　　2.1 鐵碳質(zhì)量比對(duì)處置效果的影響

　　在稀土鈰添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，反響時(shí)間為150min的條件下，調(diào)查復(fù)合材料中鐵碳質(zhì)量比對(duì)處置效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

　　由圖1可知，隨著鐵碳質(zhì)量比的增加，色度去除率、COD去除率均呈先升高后降低的變化趨向。當(dāng)鐵碳質(zhì)量比為5：1時(shí)，處置效果最佳。繼續(xù)增大鐵碳質(zhì)量比，材料中的鐵含量過(guò)多，而碳含量相對(duì)減少，造成一局部Fe直接與溶液中的H+反響，耗費(fèi)H+，不利于Fe/C微電解反響的實(shí)施。鐵碳質(zhì)量比過(guò)低，材料中的鐵含量減少，在應(yīng)用中構(gòu)成的鐵碳原電池?cái)?shù)量就少，最終造成處置效果降落。肯定最佳鐵碳質(zhì)量比為5：1。

　　2.2 稀土鈰添加量對(duì)處置效果的影響

　　在鐵碳質(zhì)量比為5：1，反響時(shí)間為150min的條件下，調(diào)查稀土鈰添加量對(duì)處置效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

　　由圖2可知，隨著稀土鈰添加量的增加，色度去除率、COD去除率均呈先升高后降低的變化趨向。當(dāng)稀土鈰添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時(shí)，處置效果最佳。稀土鈰的氧化物(CeO2)作為一種催化材料，外表的氧具有較高的活性，在反響過(guò)程中，其外表的晶格氧原子可以直接被耗費(fèi)同時(shí)構(gòu)成氧空位，增加了Fe/C材料的活性。因而，隨著稀土鈰添加量的增加，處置效果提升。但稀土鈰添加量過(guò)高，在制備材料的高溫焙燒過(guò)程中，氧空位會(huì)發(fā)作挪動(dòng)并線(xiàn)性排列成氧空位群，使一局部鐵被氧化，減少了Fe/C材料在反響中的微小原電池的數(shù)目，從而造成處置效果降落?？隙ㄗ罴严⊥菱嬏砑淤|(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%。

　　另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明，添加稀土鈰后，Fe/C材料對(duì)廢水色度的去除率最高可達(dá)98.03%，對(duì)COD的去除率最高為70.56%。而在相同條件下，采用未添加稀土鈰的Fe/C材料進(jìn)行糖蜜酒精工業(yè)廢水處理，色度去除率為87.11%，COD去除率為61.74%?？梢?jiàn)，添加稀土鈰后，Fe/C材料對(duì)廢水色度的去除率提升了10.92%，對(duì)COD的去除率提升了8.82%。

　　2.3 反響時(shí)間對(duì)處置效果的影響

　　以鐵碳質(zhì)量比為5：1，稀土鈰添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%制備的Ce-Fe/C復(fù)合材料處置糖蜜酒精廢水，調(diào)查反響時(shí)間對(duì)處置效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

　　由圖3可知，隨著反響時(shí)間的延長(zhǎng)，色度去除率、COD去除率均呈先升高后趨于穩(wěn)定的變化趨向?；趯?shí)驗(yàn)與本錢(qián)思索，肯定反響時(shí)間為150min。

　　2.4 摻雜稀土鈰對(duì)Fe/C材料形貌的影響

　　對(duì)摻雜稀土鈰前后的Fe/C材料實(shí)施SEM表征，結(jié)果見(jiàn)圖4。

　　從圖4(a)、(b)能夠看出，摻雜稀土鈰后的Fe/C材料外表會(huì)有較大的孔隙度，這是由于稀土鈰使Fe/C材料在高溫焙燒后產(chǎn)生較大的不規(guī)則的裂痕，摻雜稀土鈰后的Fe/C材料外表顆粒由較為松懈變得相對(duì)聚會(huì)，這是由于稀土鈰與Fe/C材料中的顆粒物質(zhì)構(gòu)成了固溶體，發(fā)作了固溶強(qiáng)化，從某種水平上加強(qiáng)了Fe/C材料的硬度。從圖4(c)、(d)能夠看出，摻雜的稀土鈰可與Fe/C材料中的物質(zhì)發(fā)作反響，生成復(fù)雜的化合物顆粒，其阻止晶界挪動(dòng)，使晶粒細(xì)化，從而增大了Fe/C材料的比外表積。

　　2.5 摻雜稀土鈰對(duì)Fe/C材料晶格構(gòu)造的影響

　　對(duì)摻雜稀土鈰前后的Fe/C材料實(shí)施XRD表征，結(jié)果如圖5所示。

　　由圖5能夠看出，摻雜稀土鈰前后的Fe/C材料均呈現(xiàn)了5個(gè)明顯的衍射尖峰，即2θ分別在26.6°、43.2°、44.6°、50.3°、74.2°。衍射峰愈是鋒利，而半高寬愈小，闡明材料樣品的結(jié)晶度愈高。Fe/C材料在摻雜稀土鈰后產(chǎn)生了新的衍射峰(如2、4)，所對(duì)應(yīng)的是鈰的氧化物和碳化物，闡明稀土元素鈰一局部以鈰碳化合物的方式勝利進(jìn)入了Fe/C材料的晶格內(nèi)部，一局部以鈰氧化合物的方式存在于Fe/C材料中，完成了有效摻雜。稀土鈰摻雜前后的Fe/C材料的XRD譜圖中都有一些雜峰構(gòu)成，這可能是由于所用的黏結(jié)劑中含有一定的雜質(zhì)。

　　2.6 摻雜稀土鈰對(duì)Fe/C材料成鍵狀況的影響

　　在4000~400cm-1波數(shù)范圍內(nèi)對(duì)稀土鈰摻雜前后的Fe/C材料實(shí)施了FTIR表征。結(jié)果標(biāo)明，關(guān)于稀土鈰摻雜前后的Fe/C材料，在3400、1600cm-1左近均有一個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，它是由非締合的要OH基團(tuán)的伸縮與彎曲振動(dòng)惹起的，與毛細(xì)孔水和外表吸附水有關(guān)。稀土鈰摻雜后，在1050cm-1左近呈現(xiàn)了Ce-C伸縮振動(dòng)吸收峰，在520cm-1左近呈現(xiàn)了Ce-O伸縮振動(dòng)吸收峰，這主要是由于稀土鈰摻雜后惹起基團(tuán)間作用力的改動(dòng)，從而造成吸收峰發(fā)作變化。稀土鈰摻雜后，Fe/C材料的吸收峰加強(qiáng)更為顯著，闡明材料外表的自在基愈加豐厚。經(jīng)過(guò)FTIR表征，進(jìn)一步證明稀土鈰有效地?fù)诫s到Fe/C材料中。

　　2.7 稀土鈰在Ce-Fe/C復(fù)合材料中存在的方式

　　采用X射線(xiàn)光電子能譜儀(XPS)對(duì)Ce-Fe/C復(fù)合材料樣品實(shí)施測(cè)試，得到Ce-Fe/C復(fù)合材料樣品在0~1400eV的XPS全能譜圖以及樣品中Ce元素的XPS特征能譜圖。

　　對(duì)XPS全能譜圖實(shí)施剖析可知，在Ce-Fe/C復(fù)合材料樣品中除含有主要元素Fe、C和O外，還存在摻雜元素Ce的3d峰，闡明稀土鈰元素已勝利進(jìn)入Fe/C材料的晶格中。

　　對(duì)Ce3d的特征能譜圖實(shí)施剖析可知，分離能在899.6eV的譜峰對(duì)應(yīng)Ce4+的Ce3d5/2，分離能在917.15eV的譜峰對(duì)應(yīng)Ce4+的Ce3d3/2，分離能在884.85、903.7eV的譜峰分別對(duì)應(yīng)Ce3+的Ce3d5/2和Ce3d3/2，而分離能在882.9、886.8、901.6、906.05eV的譜峰則是電子從充溢的O2p和C2p軌道轉(zhuǎn)移到空的Ce4f軌道惹起的。XPS表征結(jié)果標(biāo)明，CeFe/C復(fù)合材料中的Ce以Ce3+和Ce4+的方式存在。分離XRD結(jié)果判別，復(fù)合材料樣品中稀土元素鈰一局部以鈰的氧化合物方式存在，一局部以鈰的碳化合物方式存在。

　　三、結(jié)論

　　(1)采用制備的Ce-Fe/C復(fù)合材料處置糖蜜酒精廢水，結(jié)果標(biāo)明，以鐵碳質(zhì)量比為5：1，稀土鈰添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%制備的Ce-Fe/C復(fù)合材料對(duì)糖蜜酒精廢水的處置性能最佳，在150min的最佳反響時(shí)間下，色度去除率到達(dá)98%以上，COD去除率到達(dá)70%以上。

　　(2)稀土鈰的摻雜有效提升了Fe/C材料的性能，與摻雜前Fe/C材料對(duì)糖蜜酒精廢水的處置效果相比，色度去除率提升了10.92%，COD去除率提升了8.82%。

　　(3)對(duì)稀土鈰摻雜前后的Fe/C材料的表征結(jié)果標(biāo)明，稀土元素鈰有效地?fù)诫s到了Fe/C材料的晶格中，與Fe/C材料中的顆粒物質(zhì)構(gòu)成固溶體，完成了固溶強(qiáng)化，并與Fe/C材料中的晶粒作用構(gòu)成復(fù)雜的化合物顆粒，阻止晶界挪動(dòng)，到達(dá)晶粒細(xì)化的目的。