多相催化湿式过氧化氢氧化废水中苯酚的研究

摘要

苯酚对于水体中的生物具有很强的毒害作用，并且可以在动植物体内富集，伴随着食物链的发散性链状扩散传递给人类，破坏人类的身体机能，影响人类的健康。因此，含酚废水的处理一直是水处理领域研究的重点与难点课题之一。应十二五提出“美丽中国”的美好愿景，化工研究人员不仅要开发利用化学资源，也需要在生产过程中研究有害于环境的污染物的处理方法。
　　本课题采用多相催化湿式过氧化氢氧化技术对苯酚废水进行氧化处理，主要研究了以氧化铁为活性组分，活性炭(AC)、活性炭纤维(ACF)、γ-Al2O3、SBA-15为载体的催化剂的制备及催化性能研究;以磁性纳米材料Fe3O4、 Cu-SBA-15为催化剂，双氧水为氧化剂，对苯酚的催化氧化效果。
　　采用浸渍法制备了氧化铁为活性组分的Fe/AC、Fe/ACF、Fe/γ-Al2O3及Fe/SBA-15催化剂，在以过氧化氢为氧化剂氧化苯酚的实验中，Fe/SBA-15、Fe/γ-Al2O3、Fe/ACF对苯酚的催化氧化效果比较好，在处理时间2h的时候苯酚的去除率可以达到90％，但是Fe/AC对苯酚的催化氧化效果很不理想，说明在本文的制备条件下氧化铁未能很好地负载到AC上。
　　采用水热合成法制备了Fe3O4纳米微球，并以其为催化剂，以过氧化氢及空气为氧化剂，考察了处理温度、溶液pH、催化剂用量等条件对苯酚氧化效果的影响。在苯酚初始浓度100mg/L，处理液体积150 mL，催化剂的加入量0.6g/L，H2O2初始浓度1.1g/L，空气流量300mL/min，处理温度50℃，处理时间180min的条件下苯酚去除率接近100％，苯酚溶液的COD去除率可达62.7％。其中过氧化氢及空气同时作为氧化剂时苯酚的氧化效果均好于单独过氧化氢与单独空气为氧化剂时的效果。将使用后的Fe3O4纳米微球回收分析表明，Fe3O4纳米微球的形貌及催化活性均未发生明显变化。
　　以水热晶化法制备了Cu-SBA-15催化剂，在催化剂用量0.1g/L，温度60℃，双氧水用量0.3mL/L，水溶液pH值6.8，处理时间2h的时候，苯酚去除率可达到94.4％，COD去除率达到59.3％。在对石化厂废水的处理中（苯酚处理浓度181.79mg/L），苯酚去除率达到96.2％，COD去除率达到67.0％。
　　在本文研究的基础上，对石化厂现有处理工艺进行了改进设计，即在现有一级生化处理工艺后，增加一个吸附塔，先采用活性炭纤维对含酚废水进行吸附，吸附饱和后再将苯酚脱附下来，采用催化湿式过氧化氢氧化法催化氧化脱附后的苯酚，从而提高实际废水的处理效率及处理效果。目前，由于吸附剂及催化剂的成本问题，本文所研究的方法可以在工厂废水中苯酚含量高或者废水处理量比较大的情况下应用。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 不同氧化技术处理苯酚废水

1．2．1 臭氧氧化法

1．2．2 光催化法

1．2．3 催化湿式氧化

1．2．4 催化过氧化氢氧化

1．3 固载材料简介及催化剂的负载

1．3．1 载体的介绍

1．3．2 改性方法的简介

1．4 含酚废水处理技术的发展趋势

1．5 本文研究的背景及主要内容

第二章 实验部分

2．1 实验药品与仪器设备

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器与设备

2．2 催化剂表征及测试方法

2．2．1 X-射线粉末衍射测试(XRD)

2．2．2 N2吸附-脱附测试(BET)

2．2．3 透射电镜(TEM)

2．2．4 扫描电镜(SEM)

2．2．5 固体紫外漫反射(UV-vis)光谱

2．2．6 等离子电感耦合元素测定(ICP)

2．3 催化氧化废水中苯酚

2．3．1 催化氧化实验过程

2．3．2 废水中苯酚去除率的测定方法

第三章 催化剂的制备与表征

3．1 铁系催化剂的制备与表征

3．1．1 浸渍法制备负载催化剂

3．1．2 沉淀法制备Fe／γ-Al2O3、Fe／AC

3．1．3 溶胶凝胶法制备氧化铁

3．1．4 Fe3O4的制备

3．2 Cu-SBA-15催化剂的制备与表正

3．3 本章小结

第四章 催化氧化水溶液中的苯酚

4．1 铁系催化剂对苯酚的催化氧化效果

4．1．1 载体对苯酚吸附效果的考察

4．1．2 单独负载型催化剂对苯酚去除的影响

4．1．3 单独H2O2对苯酚去除的影响

4．1．4 溶胶凝胶法制备的Fe2O3对苯酚的催化氧化效果

4．1．5 负载型铁系催化剂催化氧化苯酚

4．1．6 磁性Fe3O4对苯酚的催化氧化效果

4．2 Cu-SBA-15对苯酚的催化氧化效果

4．3 本章小结

第五章 实际含酚废水处理工艺的改进

5．1 废水的动态吸附

5．2 活性炭纤维的再生

5．3 含酚废水的催化氧化处理

5．4 含酚废水的工艺流程改进

5．5 本章小结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文

声明