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吸附-催化氧化技术：含酚废水处理的创新路径与挑战

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代化工业进程中，含酚废水作为一类具有代表性的工业废水，其排放对环境和人类健康构成了严重威胁。含酚废水来源广泛，主要产生于化工、炼油、焦化、煤气、造纸、制药、合成树脂、染料以及塑料等行业。例如，焦化厂在煤焦油蒸馏过程中会产生大量含酚废水；石油化工企业在原油加工和石油化工产品制造时，废渣、废水里也含有酚类污染物；制药厂在合成酚类药物过程中同样会排放含酚废水。这些废水中的酚类化合物，如苯酚、甲酚和硝基甲酚等，属于原生质毒物，可使蛋白质凝固，对生物体具有毒害作用，且难以被自然降解。

含酚废水的危害是多方面的。当水中酚的质量浓度达到0.1-0.2mg/L时，鱼肉就会产生异味，无法食用；质量浓度增加到1mg/L，会影响鱼类产卵；含酚量达到5-10mg/L时，鱼类会大量死亡。若饮用水中含酚，即使质量浓度低至0.002mg/L，用氯消毒也会产生氯酚恶臭，严重影响水质和口感。含酚废水进入土壤后，会抑制土壤微生物的生长和代谢活动，影响农作物对养分的吸收，导致农作物减产甚至死亡。而且，酚类物质无法被动物和植物自身降解，会在其体内堆积，最终通过食物链传递给人类，危害人体健康，可引发神经系统、肝脏、肾脏等器官的损伤，甚至导致癌症。

鉴于含酚废水的严重危害，对其进行有效处理迫在眉睫。传统的含酚废水处理方法包括物理法、化学法和生物法等。物理法中的萃取法虽去酚除率可达90%以上，且萃取后的酚类物质可回收利用，但存在溶剂和溶质容易逆向混合，造成溶剂损失和次生污染的问题；吸附法处理效果好、吸附剂可重复使用，但易出现堵塞现象，增加运行费用。化学法中的氧化法反应速度快、无二次污染，酚去除率达到85%以上，但药剂成本较高，对高浓度废水处理效果难以保证；焚烧法运行维护简单、投资较少，但消耗大量热能，且浪费资源。生物法中的好氧生物处理法对高浓度有机物的耐受性较差，通常需与厌氧生物处理法结合使用。

吸附-催化氧化技术作为一种新兴的组合处理技术，为含酚废水的处理带来了新的思路和希望。该技术先通过吸附的方法对预处理后废水中的苯酚进行富集，将废水中分散的酚类物质聚集在吸附剂表面，提高酚类物质的浓度，便于后续处理；再将吸附的苯酚脱附下来进行集中催化氧化处理，利用催化剂的作用，加速酚类物质的氧化分解，使其转化为无害的二氧化碳和水等物质。这种技术能够大大降低生化处理的时间，提高废水的处理效率，有效解决传统处理方法的不足，对于实现含酚废水的达标排放和水资源的可持续利用具有重要的现实意义。通过本研究，有望进一步优化吸附-催化氧化技术的工艺参数，提高其处理含酚废水的效能，为工业含酚废水的处理提供更加高效、经济、环保的解决方案。

1.2国内外研究现状

在国外，吸附-催化氧化技术处理含酚废水的研究开展较早且成果丰硕。早期，学者们主要聚焦于单一吸附剂和催化剂的性能研究。例如，在吸附剂方面，活性炭因其经济且来源广泛、具有特定的表面化学性质、复杂的孔隙结构和大的比表面积，成为含酚废水处理领域最常见的吸附剂。PGirodsa等使用碎木板废弃物制作活性炭来处理含酚废水，最大吸附容量可以达到0.5g?g-1，为低成本吸附剂的开发提供了新方向。在催化剂研究上，一些贵金属催化剂如铂、钯等被应用于酚类的催化氧化，展现出较高的催化活性，但高昂的成本限制了其大规模应用。

随着研究的深入，国外学者开始关注吸附-催化氧化的协同作用及工艺优化。通过实验研究不同吸附剂与催化剂的组合方式，探究其对含酚废水处理效果的影响。同时，借助先进的表征技术，如扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等，深入分析吸附和催化过程中的物质结构变化和反应机理，为技术的改进提供理论支持。在实际应用方面，部分工业企业已尝试采用吸附-催化氧化技术处理含酚废水，并取得了一定的运行经验。

国内在吸附-催化氧化技术处理含酚废水领域的研究也取得了显著进展。在吸附剂研发上，除了对传统活性炭进行改性研究以提高其吸附性能外，还积极探索新型吸附材料，如活性炭纤维（ACF）。ACF具有比表面积大、孔径分布窄、微孔含量丰富、吸脱附速度快、再生条件温和等优点，杨洋等学者采用ACF为吸附剂处理模拟废水与石化废水中的苯酚，研究了不同条件对ACF吸附苯酚性能的影响，发现ACF对苯酚的吸附速率较快，一般30min即可接近平衡，且酸、中性介质条件有利于吸附。

在催化氧化方面，Fenton催化氧化等技术因其氧化性强、反应速度快等优点被广泛研究和应用。王瑾利用静电纺丝技术制备得到Fe-C复合纳米纤维（Fe-CNFs）作为非均相Fenton催化剂降解苯酚废水，通过溶液中苯酚的降解率和COD的去除率考