电解耦合类芬顿多相催化降解水中对硝基酚

摘要

本研究针对传统电化学技术在污水处理方面存在的不足，通过在电解槽中添加异相催化剂构建电解耦合类芬顿多相催化反应体系，将电化学技术与多相催化氧化技术有机结合，以对硝基酚(PNP)为目标底物，利用催化剂催化电解副反应中产生的H2O2氧化有机物，强化降解效果，并通过对中间产物的检测分析推测PNP的降解途径。 研究中以两种铁盐溶液作为前驱体水溶液，采用浸渍法制备Fe2O3/y—Al2O3催化剂，以常温常压催化H2O2氧化PNP去除效果为评价标准，优化催化剂制备参数，并对优化制备的催化剂进行了结构表征。结果表明，浸渍时间、浸渍温度、焙烧时间和焙烧温度等因素对催化剂的活性均有一定影响，在以0.1mol/LFe(NO3)3/0.7％草酸混合溶液为前驱体水溶液，30℃浸渍10h，干燥后350℃焙烧2h的制备条件下，催化剂的催化活性最高。 在无隔膜反应器中采用单纯电解实验优化了PNP电化学降解操作条件，结果表明：在电流强度400mA，初始溶液pH值为2.5，电解质(Na2SO4)浓度为1000mg/L的条件下电解5h，PNP降解效果较好；在该条件下，将催化剂放入电解槽构建催化填料床曝气电解体系，并进行空白试验，结果表明：该体系对pH=2.5的100mg/L的PNP模拟废水电解处理5h，较之其它电化学对照体系处理效果明显增加，底物浓度及COD去除率分别达到89.38％和47.26％；对硝基酚降解过程遵循准一级动力学，反应速率常数为0.782，较之单纯电解提高了67.4％；BOD5/COD由单纯电解体系的0.13左右提升至0.506。通过中间产物紫外—可见光谱及HPLC分析发现，电解耦合类芬顿反应电解体系出水中苯醌等芳香类化合物累积量明显减少，有机物主要以小分子脂肪酸的形式存在，催化剂将电解副反应中产生的H2O2催化分解为具有强氧化性的·OH，与极板的直接电化学反应耦合，从而大大强化了对有机物的处理效果。 使用隔膜电解槽处理PNP模拟废水，对各极室出水中间产物进行检测分析，推测PNP单独氧化与单独还原反应途径，结合单纯电解及催化固定床曝气电解体系出水中间产物对PNP降解机理进行探讨。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1 文献综述

1.1含酚废水的研究现状

1.1.1含酚废水来源与危害

1.1.2含酚废水治理技术研究进展

1.1.3对硝基酚废水的治理研究进展

1.2催化氧化技术研究进展

1.2.1湿式氧化技术

1.2.2芬顿与类芬顿氧化技术

1.3 电化学高级氧化技术研究进展

1.3.1 电极材料及氧化技术的发展

1.3.3 电解耦合芬顿催化降解技术

1.4研究目的及内容

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

2 实验部分

2.1实验药品与仪器

2.1.1实验药品及材料

2.1.2实验仪器

2.2实验方法

2.2.1实验材料的预处理

2.2.2催化剂的制备

2.2.3 多相催化H2O2氧化对硝基酚实验优化催化剂制备参数

2.2.4催化剂结构表征

2.2.5单纯电解处理对硝基酚模拟废水实验

2.2.6电解耦合类芬顿催化氧化处理对硝基酚废水实验研究

2.2.7 PNP电化学降解机理实验研究

2.2.8水样分析方法

3 Fe2O3/γ-Al2O3多相催化剂的制各及其性能评价

3.1 Fe2O3／γ-Al2O3催化剂的制备

3.2 Fe2O3／γ-Al2O3催化剂的表征

3.3本章小结

4 电化学降解水中PNP的实验研究

4.1 单纯电解体系降解水中PNP影响因素考察

4.1.1 电解时间的影响

4.1.2 电流强度的影响

4.1.3 电解液初始pH值的影响

4.1.4电解质浓度的影响

4.2 电解耦合类芬顿催化氧化体系强化降解水中PNP实验研究

4.2.1 不同电解体系降解水中PNP效果

4.2.2不同pH下催化填料床曝气电解反应体系与电-Fenton体系

4.2.3底物降解动力学方程

4.2.4出水可生化性研究

4.3 PNP降解中间产物分析

4.3.1 降解产物紫外-可见光谱分析

4.3.2 降解产物HPLC分析

4.4 PNP降解机理推测

4.5本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢