微波誘導(dǎo)氧化技術(shù)在環(huán)境工程中，尤其在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究是一個極具發(fā)展前途的新方法。微波誘導(dǎo)氧化降解有機污染物通常采用一些比表面積大、吸附性強、熱穩(wěn)定性好以及價格低廉的物質(zhì)作為誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的催化劑。利用微波體加熱的性能，均勻、快速、無滯后地把能量傳遞給廢水中的水分子以及其他的極性分子，在微波輻射作用下，催化劑表面的金屬點位能與微波發(fā)生強烈的相互作用，使微波能轉(zhuǎn)化為熱能，從使某些表面點位被選擇很快加熱至很高溫度，在這些點位附近發(fā)生微波誘導(dǎo)氧化催化反應(yīng)，從而促進有機污染物的降解[1]。這樣降低了催化濕式氧化（CWAO）反應(yīng)條件的苛刻程度，能夠使反應(yīng)在常溫常壓下進行，也提高了設(shè)備的使用壽命。
本試驗嘗試以H2O2 作為氧化劑，3 價鐵鹽-CeO2作為催化助化劑，活性炭作為吸附劑，以微波輻射能為輔助對高含量有機廢水進行降解[2-3]。其中H2O2 與3 價鐵鹽構(gòu)成了CWAO，其在高溫高壓下進行，時常伴有對容器高腐蝕的環(huán)境，對反應(yīng)的條件及設(shè)備要求較高。
氧化劑H2O2 在微波的誘導(dǎo)下能夠更快速、有效地分解出具有極高氧化電位（2.8 V）的羥基自由基（·OH）。3 價鐵鹽的催化作用表現(xiàn)在它容易吸收微波能，在吸收微波能以后，其表面某些點的溫度升至300～500℃，點位附近Fe 元素3d 軌道上激發(fā)出的電子成自由狀態(tài)，與H2O2 作用產(chǎn)生羥基自由基（·OH）再與廢水作用促使其降解。
稀土物質(zhì)對微波能具有很強的吸收作用，金屬元素4f軌道易激發(fā)出電子，催化作用則表現(xiàn)更強[4]。選擇稀土氧化物CeO2 作為3 價鐵鹽的助催化劑，復(fù)合體系的催化能力得到增強，降解效果則更加明顯�；钚蕴孔鳛槲絼⿲ξ⒉ㄟ�有很強的吸收能力，能誘導(dǎo)和強化化學(xué)反應(yīng)，而且活性炭在微波誘導(dǎo)作用下，其本身的吸附性能也大為改善，達到提高污染物去除效果的目的[5]。而3 價鐵鹽存在，使活性炭改性，微波照射能使溶液中的對硫磷迅速降解[6]。
1 試驗部分
微波爐為EG720FA4-NR 型家用微波爐改造，功率700 W，功率按100%、80%、60%、40%、20%可調(diào)。
試驗裝置見圖1。
催化劑3 價鐵鹽Fe2(SO4)3、Fe2O3，氧化劑H2O2，助催化劑CeO2。
廢水為大連某公司香料生產(chǎn)廢水，主要含有鹽、醇、酯類等。廢水來源包括呋喃酮系列香料生產(chǎn)廢水、丁位內(nèi)酯系列香料生產(chǎn)廢水、煙用系列香料生產(chǎn)廢水等，以及地面清洗廢水、生活污水、鍋爐水處理設(shè)備樹脂再生水、循環(huán)冷卻水，廢水呈醬油色，種類多、含量高、處理難、水質(zhì)變化大，試驗取水COD 為120 g/L。
2 結(jié)果與討論
2.1 試驗一
取廢水400 mL，裝入500 mL 三口玻璃燒瓶；取Fe2(SO4)3 0.3 g、活性炭3 g、H2O2 10 mL、CeO2 0.03 g，搖晃均勻，把三口燒瓶按放入微波爐。微波功率700W，加熱3 min，溫度90℃，凈化瓶中冒出氣泡，靜置，取出燒瓶觀察，色度無變化。
按計量稱取上述藥品與廢水放入燒瓶，微波功率700 W，加熱1 min，冷卻，反復(fù)進行3 次，累計加熱3min，凈化瓶中無氣泡冒出，溫度70℃，靜置，取出燒瓶觀察，色度無變化。
再取廢水400 mL 裝入500 mL 三口玻璃燒瓶，取Fe2O3 0.3 g、活性炭3 g、H2O2 10 mL、CeO2 0.03 g，按上述程序進行試驗，觀察現(xiàn)象。微波功率700 W，連續(xù)3 min 加熱，溫度達到90 ℃，靜置，廢水色度明顯降低，醬油色的廢水變?yōu)橥该鞯牡S色，燒瓶底部有紅褐色沉淀，COD 去除率為90%；間歇加熱3 min加熱，溫度70℃，靜置，醬油色的廢水變?yōu)橥该鞯狞S色，燒瓶底部有紅褐色沉淀，COD 去除率為90%。
分析以上試驗可知：
(1)Fe2O3 對廢水降解的貢獻要遠(yuǎn)大于Fe2(SO4)3。但尚不清楚是鐵鹽本身吸收微波產(chǎn)生熱點降解有機物能力占主導(dǎo)，還是2 種物質(zhì)對H2O2 催化能力占主導(dǎo)，需進一步探究。
(2)連續(xù)加熱與間歇加熱，對上述藥品組合處理廢水能力的影響沒有明顯區(qū)別。
2.2 試驗二
取100 mL 廢水加入5 mL H2O2，微波環(huán)境加熱3min，微波功率700 W，廢水色度無明顯變化；取此種廢水若干份（每份100 mL），繼續(xù)分別加入H2O2 10、15、20、25、30 mL，考察對COD 去除率，結(jié)果見圖2。
取100 mL 廢水加入0.1 g的Fe2O3-CeO2 使溶液飽和，微波環(huán)境加熱3 min，微波功率700 W，廢水色度無變化；取100 mL 廢水加入2 g活性炭，微波環(huán)境加熱3 min，微波功率700 W，廢水色度無變化。
分析以上試驗可知：H2O2 在微波環(huán)境下自身能夠分解出·OH 對廢水進行氧化，但氧化效率偏低，而單獨的Fe2O3-CeO2 與活性炭在微波環(huán)境下不能快速使廢水中有機物降解。這說明Fe2O3-CeO2 對于H2O2的確有較高的催化能力。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
進一步試驗得到，吸附劑活性炭3 g，0.33 g催化劑Fe2O3-CeO2（質(zhì)量比10:1），400 mL 廢水，H2O2 15mL mL 時于微波功率700W下加熱3 min，COD 去除率可達到98%以上[7]。
3 結(jié)論
微波環(huán)境下，F(xiàn)e2O3 與CeO2 組成的催化劑，以及以活性炭作為表面吸附劑，以H2O2 為氧化劑，能夠誘使廢水中高含量的有機物降解，反應(yīng)過程迅速，色度與COD 去除效果顯著。
試驗的缺點在于：(1)廢水處理時的溫度較高，微波功率700 W 下加熱3 min、400 mL 的廢水達到90℃以上；(2)試驗中的藥品價格較高，尤其是消耗品氧化劑H2O2 的用量不能降低，大大的提高了成本。
綜上所述，本試驗中對于電能的消耗及藥品尤其是H2O2 的消耗，提高了此法工業(yè)化的門檻。藥品中活性炭及Fe2O3-CeO2，在一定程度上可重復(fù)使用，但其占試驗成本的比率并不高。而H2O2 的用量使其占據(jù)了藥品中的大部分成本，而且溫度條件是否對于試驗有決定性的限制沒有得到證實。所以尋找H2O2 的低成本替代品，以及在較低溫度下促使反應(yīng)成功，是此法能否推廣以及工業(yè)化的重要前提。
