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非均相Fenton催化剂氧化降解废水中DMF技术研究
摘要：
本文采用非均相Fenton催化剂氧化降解工艺处理催化剂废水中的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）。首先，采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线荧光光谱（XRF）和X射线衍射（XRD）等技术对催化剂进行分析表征，结果表明催化剂表面充满大量孔隙，并且主要成分为铁和硅。其次，通过改变反应条件，确定合适的操作参数（例如，反应时间、pH值、反应温度等），对DMF废水进行处理。结果表明，在一定的反应时间内，催化剂与H2O2一起降解DMF的效果很好，降解率可以达到90%以上。最后，考察了溶液中其他常见水处理物质、有机物质对非均相Fenton催化剂氧化降解DMF的影响，发现氯化铁、硫酸铜和硝酸铜等对催化剂的降解效果没有显著影响。
关键词：非均相Fenton催化剂；氧化降解；DMF；废水处理
1.引言
随着工业的发展和应用的广泛，工业生产中产生大量的有机废水，给环境造成了严重的污染问题。其中，N,N-二甲基甲酰胺（DMF）是一种常见的有机化合物，因其具有良好的溶解性和抗静电性，在工业生产中被广泛使用，但同时也会造成环境的污染问题。因此，开发高效的DMF废水处理技术，对保护环境和人类健康有重要作用。
近年来，使用非均相Fenton催化剂进行氧化降解废水中有机物质的方法，因其效率高、成本低、环保等优点，逐渐成为热门研究领域。本文就采用非均相Fenton催化剂氧化降解DMF废水的方法进行研究，通过对催化剂表征、反应条件的调控，考察了催化剂降解DMF的效果及影响因素，为进一步扩展和优化催化剂应用提供实验指导。
2.实验部分
2.1实验方法
2.1.1催化剂的合成
本实验中使用Fe-Si催化剂。具体操作为：取0.5g无水硅酸钠（Na2SiO3）溶于50mL去离子水中，加入0.3g二氧化钛（TiO2）和1.5g硝酸铁（Fe(NO3)3），搅拌均匀后，压成颗粒状，放入电炉中在空气中煅烧3h，得到灰黑色催化剂。
2.1.2催化剂的表征
对得到的Fe-Si催化剂进行扫描电子显微镜（SEM）、X射线荧光光谱（XRF）和X射线衍射（XRD）等分析表征。
2.1.3反应条件的优化
对DMF废水反应条件进行优化。优化项目包括反应时间、pH值、反应温度等。
2.1.4催化剂氧化降解DMF
将优化过的DMF废水与催化剂和过量的H2O2混合后，进行111220min的反应。反应结束后，使用紫外可见光谱仪（UV-Vis）测定反应溶液的吸光度，计算出反应后DMF的降解率。
2.1.5不同溶液对催化剂降解DMF的影响
分别加入常见水处理剂氯化铁、硫酸铜和硝酸铜到DMF废水反应系统中，考察不同溶液对催化剂降解DMF效果的影响。
2.2实验结果
2.2.1催化剂的表征
SEM结果显示，Fe-Si催化剂表面充满大量孔隙，散列分布；XRF结果表明，其主要成分为铁和硅；XRD结果显示Fe-Si催化剂的晶体结构为非晶态，且无显著的衍射峰出现。
2.2.2反应条件的优化
通过一系列的实验，确定了最优操作条件：反应时间为90min、pH值为3、反应温度为30℃。
2.2.3催化剂氧化降解DMF
将优化后的DMF废水与催化剂和过量的H2O2混合后进行反应111220min，反应溶液中DMF的浓度如图1所示。
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从图1中可以看出，在反应90min后，吸光度明显下降，说明DMF的含量在反应过程中被消耗，表明催化剂表现出了有效的氧化降解DMF的能力。
2.2.4不同溶液对催化剂降解DMF的影响
将不同的水处理剂加入DMF废水反应系统中，结果如图2所示。
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从图中可以看出，添加不同水处理剂对催化剂降解DMF的影响都不大，说明催化剂对外界物质的影响力较小。
3.结论和讨论
本实验中，通过使用非均相Fenton催化剂的方法，成功地进行了DMF废水的处理。通过调节反应条件，获得了最优的反应参数，并且考察了不同水处理剂对催化剂降解DMF的影响，结果表明加入其他水处理剂对催化剂提高降解的效果有限。在本次实验中，催化剂中添加的铁离子可以提供活性中心，从而加快有机物降解的速率，大量的孔隙结构也为催化剂表现出高效的化合物降解提供了条件。
限于实验条件和时间，本实验仅对DMF进行了处理并考察了少量的其他物质对处理效果的影响。对于更加复杂的有机废水，还需要进一步探索新的催化剂材料、更合理的反应条件以及有机废水处理的综合方法。