铜系催化剂类芬顿氧化法处理染料废水的研究

摘要

染料废水因其行业排放水量大、色度深、水质成分复杂、有机有害化合物含量高以及降解难度大等特点，一直是国内外公认的水污染治理难题之一。在处理印染废水研究中，芬顿氧化法是一种有效的高级氧化技术（AOPs），能够产生强氧化性的羟基自由基（?OH），可有效降解废水中的有机污染物。但该氧化体系中的Fenton 试剂（Fe2+/H2O2）存在可操作 pH值范围窄、铁离子难回收等缺点，而铜系催化剂由于可操作pH范围广，催化活性高且廉价易得，近年来受到越来越多研究者的青睐。 本论文第二章，以合成羟基硝酸铜（Cu2(OH)3NO3）为基础，通过添加不同量的HF，采用溶剂热法，制备出了不同形貌的羟基氟化铜（CuOHF），使用XRD、XPS、FT-IR 和 SEM 手段对所合成的样品进行了表征，并首次将其作为多相类芬顿催化剂应用在染料废水处理上。通过实验结果得出，在不添加HF的情况下，合成出纯的Cu2(OH)3NO3，当HF的添加量大于0.1 mL时，所合成的样品为纯的CuOHF，且具有不同的形貌。通过对不同形貌 CuOHF 催化降解罗丹明B的研究，发现在30℃条件下，HF添加量为0.15 mL所合成的球形CuOHF对罗丹明B的催化降解效果最为明显；在40℃条件下，不同形貌的CuOHF对罗丹明B的降解均表现出较好的催化性能。 本论文第三章选取了球形CuOHF作为研究对象，在多相类芬顿条件下，通过重复性实验、自由基捕获实验和催化降解实验，探究了球形CuOHF的稳定性、催化机理以及影响其催化性能的主要因素。通过实验结果得出，在 pH=4.5（未调节），催化剂加入量为0.15 g/L，H2O2投加量为20 mmol/L的最优条件下，40℃反应120 min，50 mg/L罗丹明B的脱色率达到98.05%，TOC去除率达到46.55%。此外，其不仅在pH=3.5~9.5范围内具有高的催化性能，还能够催化降解高浓度的罗丹明B。在催化反应前后，其在物相、结构和形貌上基本不发生变化，并且五次循环使用后对罗丹明 B的催化活性并没有明显降低。自由基捕获实验表明了球形CuOHF催化H2O2分解氧化罗丹明B是以?OH的产生为主导的氧化反应。 本论文第四章，首次将F-引入Cu2+/H2O2均相体系，探究了Cu2+/F-/H2O2均相体系对罗丹明 B的催化降解性能。通过改变反应体系的初始条件，得出该体 系催化降解罗丹明B溶液的最佳反应条件为：在罗丹明B初始浓度为50 mg/L的溶液中，无需调节溶液pH，Cu2+和F-的投加量分别为1.5 mmol/L和7.5 mmol/L，H2O2投加量为20 mmol/L，反应温度为50℃，反应60 min后其脱色率为99.1%，TOC去除率为23.71%。该体系在pH=3.8~11范围内均具有较高的催化氧化性能，但在过酸（pH=3）条件下表现出较差的处理效果。通过自由基捕获实验及 EPR测试实验表明该体系对有机物的降解是?OH氧化过程。 本论文第五章，保持n(Cu)/n(P)=1.6，调节pH至8，130℃溶剂热晶化48 h的条件下，合成了球形羟基磷酸铜（Cu2(OH)PO4），并将其应用于碳酸氢盐活化过氧化氢体系（BAP）中，在20mmol/L H2O2，20mmol/L NaHCO3，70mg催化剂的最优条件下，50℃反应 120 min，50 mg/L 罗丹明 B的脱色率达到91.12%，TOC去除率达到37.67%。在碳酸氢盐提供的弱碱环境中催化剂金属离子沥出率仅为0.995 mg/L。通过自由基捕获实验表明反应过程是基于自由基降解机理完成的，起关键作用的可能是?OH和?O2-。

目录

第一个书签之前

OLE_LINK17

OLE_LINK5

OLE_LINK11

OLE_LINK14

OLE_LINK21

OLE_LINK9

OLE_LINK10

OLE_LINK20

OLE_LINK2

OLE_LINK6

OLE_LINK22

OLE_LINK3

OLE_LINK19

OLE_LINK18

OLE_LINK16