高级氧化技术处理难降解有机废水的研究

摘要

本文系统地研究了负载型纳米TiO<,2>光催化氧化法和Fenton氧化法降解偶氮类染料橙黄G、活性艳红X-3B、酸性黑1及硝基苯胺废水的性能和操作条件，并对Fenton氧化法降解对硝基苯胺的动力学进行了分析，从而为难降解有机废水的治理提供了理论依据。研究结果表明： 1．负载型纳米TiO<,2>/AC对偶氮染料的光催化降解研究：采用溶胶-凝胶-浸渍-焙烧法制备出了负载型纳米TiO<,2>/AC光催化剂(负载的TiO<,2>晶型为锐钛矿型、理论粒径为7-10 nm、负载量为10wt．％(质量分数)左右)，分别对典型的偶氮类染料橙黄G、活性艳红X-3B模拟废水进行了光催化降解研究。在橙黄G、活性艳红X-3B进水浓度分别为25 mg L<'-1>和50 mg L<'-1>、pH值为2.0、TiO<,2>/AC投加量为12 g L<'-1>、H<,2>O<,2>投加量为2 ml L<'-1>的条件下，光催化降解60 min后2种染料的降解率分别达到99.71％和97.12％，反应180 min后的TOC去除率分别达到81.54％和81.99％；反应后TiO<,2>/AC催化剂的回收率大于95％，经焙烧再生后对橙黄G反应60 min的光催化降解率仍高达95.93％；有效地克服了TiO<,2>粉体催化剂易流失、难分离回收的弊端。 2．超声强化低铁Fenton对偶氮染料的降解特性研究：采用US/Fenton([Fe<'2+>]<3 mg L<'-1>)法对偶氮染料酸性黑l废水进行了降解研究。超声对低铁Fenton体系的氧化能力具有明显的强化作用；降解反应最佳的pH值为3.0；适量增大H<,2>O<,2>和Fe<'2+>投加量有助于提高染料的降解率；最优条件下反应30 min后酸性黑1的降解率能够达到98.83％。常见阴离子对染料的降解影响大小顺序依次为：SO<,3><'2->>CH<,3>COO<'->>Cl<'->>CO<,3><'2->>HCO<,3><'->>SO<,4><'2->>NO<,3><'->；酸性黑1降解过程中，分子中的-N=N-首先被破坏，而苯环和萘环的降解相对较慢。 3．太阳光助低铁Fenton氧化法处理对硝基苯胺(PNA)废水的研究：采用太阳光助低铁Fenton氧化法处理PNA废水，并与低铁Fenton氧化法进行了对比。在H<,2>O<,2>投加量为10 mM、Fe<'2+>投加量为0.05 mM、溶液的pH值为3.0、处理温度为20℃、PNA浓度为0.072-0.217 mM条件下，太阳光助Fenton氧化法处理30min后PNA的降解率可达到98％，而Fenton氧化法处理60min后。PNA的降解率仅达到93％，表明太阳光助能够有效提高Fenton体系的氧化降解能力。PNA降解过程中，分子中苯环的共轭结构被4．Fenton氧化法降解对硝基苯胺的动力学研究：PNA的降解符合假一级动力学方程。PNA的降解速率常数k<,ap>：(1) pH为3.0时，k<,ap>值达到最大；(2) 随着J<,2>O<,2>和Fe<'2+>投加量的增大，k<,ap>值呈增大趋势，但过高的H<,2>O<,2>投加量会引起k<,ap>值的减小；(3)随着PNA起始浓度的增大，k<,ap>值呈减小趋势；(4) 随着温度的升高，k<,ap>值增幅较大。Fenton氧化法降解PNA反应的活化能E(实验值)为53.96 kJ mol<'-1>。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.2光催化氧化技术

1.2.1光催化氧化技术反应机理

1.2.2光催化氧化技术处理难降解有机废水的研究现状

1.2.3光催化氧化技术发展方向

1.3 Fenton氧化技术

1.3.1 Fenton氧化技术反应机理

1.3.2 Fenton氧化技术处理难降解有机废水研究现状

1.3.3 Fenton氧化技术发展方向

1.4本课题的研究目的和意义

第二章实验内容与研究方法

2.1实验内容

2.1.1光催化氧化法处理难降解有机废水的研究

2.1.2 Fenton氧化法处理难降解有机废水的研究

2.2研究方法

2.2.1负载型纳米TiO2对偶氮染料的光催化降解研究

2.2.2超声强化低铁Fenton对偶氮染料的降解特性研究

2.2.3太阳光助低铁Fenton氧化法处理对硝基苯胺废水的研究

2.2.4 Fenton氧化法降解对硝基苯胺的动力学研究

2.3实验仪器与试剂

2.3.1实验仪器

2.3.2实验试剂

第三章负载型纳米TiO2/AC对偶氮染料的光催化降解研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1 TiO2/AC催化剂的制备与表征方法

3.2.2实验装置

3.2.3实验方法

3.2.4分析方法

3.3结果与讨论

3.3.1 TiO2/AC的表征

3.3.2 TiO2/AC对偶氮染料的吸附特性

3.3.3 TiO2/AC对偶氮染料的光催化降解

3.3.4水样初始pH值对光催化降解率的影响

3.3.5 H2O2投加量对光催化降解率的影响

3.3.6 TOC的测定

3.3.7 TiO2/AC催化剂的再生

3.4小结

第四章超声强化低铁Fenton对偶氮染料的降解特性研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验方法

4.2.2分析方法

4.3结果与讨论

4.3.1 AB1在不同体系下的降解

4.3.2超声功率的影响

4.3.3 pH的影响

4.3.4 Fe2+投加量的影响

4.3.5 H2O2投加量的影响

4.3.6染料浓度的影响

4.3.7温度的影响

4.3.8不同阴离子的影响

4.3.9 AB1的降解特性

4.4小结

第五章太阳光助低铁Fenton氧化法处理对硝基苯胺废水的研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1实验方法

5.2.2分析方法

5.3结果与讨论

5.3.1 pH值的优化

5.3.2 Fe2+投加量的优化

5.3.3 H2O2投加量的优化

5.3.4 PNA浓度的优化

5.3.5温度的优化

5.3.6 PNA的降解特性

5.4小结

第六章Fenton氧化法降解对硝基苯胺的动力学研究

6.1引言

6.2动力学模型的建立

6.3动力学研究

6.3.1不同pH下PNA的降解动力学

6.3.2不同H2O2投加量下PNA的降解动力学

6.3.3不同Fe2+投加量下PNA的降解动力学

6.3.4不同PNA起始浓度下PNA的降解动力学

6.3.5不同温度下PNA的降解动力学

6.4小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.1.1负载型纳米TiO2/AC对偶氮染料的光催化降解研究

7.1.2超声强化低铁Fenton对偶氮染料的降解特性研究

7.1.3太阳光助低铁Fenton氧化法处理对硝基苯胺废水的研究

7.1.4 Fenton氧化法降解对硝基苯胺的动力学研究

7.2主要创新点

7.3展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果