微波辅助Cu(Ⅱ)-Fenton体系催化氧化处理对硝基苯酚废水工艺研究

摘要

为了应对环境中有毒有害难生物降解有机废水所带来的日益严重的环境问题,本文基于反应条件温和的Fenton氧化方法,开发出一种新的微波辅助Cu-Fenton体系催化氧化处理工艺,可以在近中性溶液中高效反应,并以因对生物有毒害而不能用生物法降解的对硝基苯酚(PNP)模拟废水为处理对象进行研究。确立了MW-Cu-Fenton反应体系,提出了微波辐照-放置处理工艺,并分别对静态工艺和连续流工艺进行了研究,考察了各影响因素对PNP去除率的影响,并对MW-Cu-Fenton体系的反应机制进行了初步探讨。
　　在静态工艺中,从微波和Cu2+的引入确定了MW-Cu-Fenton反应体系,微波的加入可以大大缩短反应时间,使反应时间从3h降低到6.0min,Cu2+的加入也可以加快反应速率,提高去除效果;并在此基础上提出了微波辐照-放置处理工艺,大大节约了微波能耗。结果表明,该工艺在溶液初始pH值为5.0的条件下,对于100mg/L的PNP溶液50mL,当[Cu2+]=0.8mg/L、[Fe2+]=3.0mg/L、[H2O2]=0.2g/L,微波功率250W,辐照2.0min、放置4.0min时,PNP去除率可达98％以上,该工艺把传统Fenton反应最佳pH范围由2.0~3.5拓宽到了2.0~5.5,实现了PNP在近中性条件下快速高效去除的目的。
　　动态工艺中,在溶液初始pH值为5.5的条件下对部分影响因素做了正交实验,各因素对去除率的影响程度为:温度>H2O2投加量>放置时间>水力停留时间,在最优水平70℃、H2O2投加量200mg/L、放置时间20min、水力停留时间2.5min时PNP去除率可达99.67%。经过深入研究,并综合考虑工艺的实际应用性,最终优选出的工艺参数为:溶液初始pH=5.5、控制温度60℃、H2O2加入量200mg/L、水力停留时间2.0min,处理初始浓度≤100mg/L的PNP溶液时,放置10min,可达到95%以上的PNP去除率。
　　表观动力学研究表明,微波加入后的拟一级反应速率常数是微波加入前的31.781倍,半衰期从38.51min减小到2.65min,Cu2+加入后的拟一级反应速率常数是Cu2+加入前的2.826倍,半衰期从2.65min减少到0.94min;Cu2+的加入明显促进了体系中·OH的生成;在对H2O2的催化过程中,Fe2+起核心催化作用,Cu2+起辅助催化作用,Cu2+与Fe2+发生了某种作用机制,联合促进了体系中·OH的生成。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 对硝基苯酚性质及处理研究现状

1.3 环境微波化学技术在水处理领域的研究现状

1.4 高级氧化技术及Fenton/类Fenton试剂的原理及应用

1.5 课题研究的目的和主要内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验试剂及仪器

2.2 实验方法

2.3检测分析方法

第3章 微波辅助Cu(II)-Fenton体系催化氧化处理

3.1 引言

3.2 微波辅助Cu(II)-Fenton体系处理工艺的初步确定

3.3 MW-Cu-Fenton 催化氧化体系各工艺参数对 PNP 去除率的影响

3.4 本章小结

第4章 微波辅助连续流工艺处理PNP废水研究

4.1 引言

4.2 微波辅助连续流工艺反应装置的设计

4.3 微波辅助连续流工艺最佳参数的确定

4.4 本章小结

第5章 不同催化氧化体系对比研究

5.1 引言

5.2 MW-Cu-Fenton和MW-Fenton两种体系反应动力学研究

5.3 MW-Cu-Fenton和MW-Fenton两种体系中·OH生成规律

5.4 不化氧化体系中PNP去除率的比较

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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