多相催化氧化降解含酚廢水的研究.pdf

1、本文根據(jù)高級氧化技術(shù)中的催化氧化原理，研制了一種新型、高效、價廉，并可循環(huán)使用的固相過渡金屬氧化物催化劑，用該催化劑處理難降解有機廢水取得了很好的效果。本文從催化劑的制備工藝、制備條件、最佳反應(yīng)條件的篩選以及催化性能的評價等方面進行了系統(tǒng)的研究，從理論上研究了該催化劑在降解苯酚過程中的反應(yīng)機理及多相催化氧化反應(yīng)動力學(xué)模型，同時對將該催化劑應(yīng)用于焦化廢水及苯酚丙酮廢水的實際處理進行了研究。主要研究工作如下： 1.利用共沉積方法制

2、備出了過渡金屬氧化物負載型催化劑，通過實驗系統(tǒng)地研究了不同類型的沉淀劑、不同的熟化時間及熱處理溫度對這種新型催化劑的催化活性影響，結(jié)果表明不同的過渡金屬氧化物負載型催化劑具有不同的最佳熱處理溫度；鐵氧化物催化劑處于無定型態(tài)時催化活性較高，催化劑隨著結(jié)晶程度的提高，催化活性逐漸降低，即無定型鐵氧化物催化劑具有很好的催化活性。 2.通過正交試驗對苯酚降解的最佳反應(yīng)條件進行研究，并對各種影響因素分別進行了實驗驗證。正交試驗結(jié)果表明，

3、對CODcr去除率影響最大的因素是苯酚降解反應(yīng)的反應(yīng)溫度，其次是H2O2濃度和pH值；對處理前后的苯酚模擬廢水分別進行了紫外可見光譜、高效液相色譜和GC-MS總離子流色譜質(zhì)譜測定，各種圖譜分析結(jié)果表明在最佳的反應(yīng)條件下，苯酚的降解效果顯著。 3.利用正丁醇作為自由基清除劑，研究了·OH自由基在苯酚降解過程中的作用，結(jié)果表明，正丁醇的用量對苯酚降解的影響非常顯著。由于正丁醇的加入，消耗了體系中的·OH，使得苯酚降解時所需要的·O

4、H量大大減少，苯酚的降解受到影響。當(dāng)其用量為0.0mmol/L時，苯酚幾乎全部降解；其用量為10.0mmol/L時，苯酚的降解率為67.6％；其用量為23.2mmol/L時，降解率只有34.4％；這說明多相催化氧化降解苯酚過程中·OH自由基起主要作用。用HPLC技術(shù)對苯酚催化氧化降解過程的中間產(chǎn)物進行分析，提出了污染物的主要降解途徑是：苯酚降解過程中產(chǎn)生了中間產(chǎn)物鄰苯二酚、對苯二酚、苯醌等，隨著反應(yīng)的進行，中間產(chǎn)物進一步轉(zhuǎn)化為有機酸。據(jù)

5、此認(rèn)為催化氧化降解苯酚的機理是由于·OH自由基進攻苯環(huán)上OH的鄰位或?qū)ξ?，并使苯環(huán)開環(huán)生成已二烯二酸、2,5-二氧-3-己烯二酸、順或反丁烯二酸及乙二酸等小分子有機物使苯酚得以降解，而這些小分子有機物在·OH自由基的進一步作用下最終被氧化成CO2和H2O。 4.用HPLC技術(shù)進行催化氧化降解苯酚模擬廢水的動力學(xué)研究。反應(yīng)過程中由于溶液中的·OH自由基的濃度在反應(yīng)開始階段較高，反應(yīng)消耗掉的·OH自由基可以不斷通過H2O2的分解反

6、應(yīng)得到補充，因此·OH自由基的濃度基本保持常數(shù)，其降解過程符合準(zhǔn)一級反應(yīng)動力學(xué)模型；研究表明：苯酚的初始濃度越大其降解反應(yīng)對應(yīng)的表觀速率常數(shù)越小，反應(yīng)速率常數(shù)隨反應(yīng)溫度的升高而增加較快；苯酚降解過程的反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系符合Arrhenius公式，經(jīng)線性回歸得出苯酚降解過程的活化能為44.89kJ/mol。 5.用本文所研制的新型催化劑和H2O2對實際廢水進行處理，研究其實際處理的效果，探討其實際應(yīng)用的可行性。結(jié)果表明該催

7、化劑用于實際廢水的處理效果良好，尤其對稀釋后CODcr值在1000mg/L以內(nèi)的廢水，處理效果更佳，CODcr值可降低到20mg/L以下，遠遠低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)；由廢水處理前后的紫外可見光譜圖、高效液相色譜圖和GC-MS總離子流色譜質(zhì)譜圖可以看出，經(jīng)催化劑與H2O2的催化氧化作用，廢水中的苯及苯的同系物中的苯環(huán)已被打開，廢水中的有機物得到很好的降解，最終轉(zhuǎn)化為無毒無害的CO2和H2O；催化劑循環(huán)重復(fù)使用性的研究表明，對CODcr值在605