高浓度有毒有机废水微波辅助常压连续催化湿式氧化工艺研究

摘要

该论文采用一种新的工艺：微波辅助催化湿式氧化，在微波辐照和常压条件下，以活性炭或炭载金属为催化剂，空气为氧源，固定床反应器中动态连续地处理废水中的优先控制污染物对硝基酚(PNP)和五氯酚(PCP)；通过处理不同行业的实际高浓度有机废水来考察这种新工艺的实用可行性。 主要开展的工作： 首先为了消除活性炭或炭载金属催化剂吸附作用对目标物降解效果的影响，测定了PNP和PCP的吸附等温线，确定出实验过程中催化剂上目标物的预吸附量。 在活性炭固定床微波辅助催化湿式氧化实验中，考察了浓度从(200～11000)mg·L-1的PNP溶液的处理情况，结果表明90％以上的PNP被降解；而且随着初始浓度的升高，反应出水浓度却保持不变，溶液中的PNP几乎被完全去除和矿化。通过考察微波功率、空气量、活性炭用量和进水流量等不同参数的影响作用得出反应最佳实验条件；最佳实验条件下长时间的连续运行发现，高温可使活性炭的微孔减少，从而使目标物的去除效率下降。邻硝基酚、苯酚、硝基苯、氢醌、苯醌和3-[对硝基酚基]-丙酸是PNP降解的主要中间产物，高温热解和氧化分解作用并存于PNP的降解过程中。电加热实验不能降解溶液中的PNP，炭化硅固定床对PNP的去除效果明显不如活性炭，活性炭的吸波性和吸附性在PNP的降解过程中起着重要作用。 应用微波能制备了炭载金属催化剂，表征发现，微波法制备的催化剂表面上金属颗粒分布均匀，其形貌尺寸和晶粒尺寸均小于传统浸渍法制备的金属颗粒形貌尺寸和晶粒尺寸。微波法制备炭载金属催化剂过程中不需要H2还原，活性炭参与了金属的还原反应。 炭载金属催化剂微波辅助催化湿式氧化工艺可高效地降解和矿化溶液中的PNP和PCP。与活性炭相比，炭载金属催化剂表现出更高的去除效率和更好的实验稳定性。对PNP来说，金属的负载并没有改变PNP的降解反应历程，而只是加速了反应的进行；在PCP降解反应中，检测到脱氯和脱羟基的中间产物，高温热解和氧化反应同样并存于PCP的降解过程中。实验过程中，活泼金属铜和锰的颗粒表面发生氧化和团聚现象，并存在金属的溶出问题；贵金属铂表现出良好的实验稳定性，不存在溶出现象。 无论是活性炭，还是炭载金属催化剂，微波辅助催化湿式氧化工艺均可显著提高PNP溶液出水的可生化性。 小试实验装置中有效处理了两种不同行业的实际高浓度有机废水：初始浓度7027mg·L-1农药废水的CODCr去除率为90％；33494mg·L-1石化含醛废水CODCr去除率为94％，TOC去除率为99％。在自行设计、加工和安装的中试装置中，应用微波辅助催化湿式氧化工艺处理了染料废水、农药废水、医药废水和高浓度模拟有机废水，取得很好的脱色和去除效果，同时提高了实际有机废水的可生化性。 能量衡算表明，微波辅助催化湿式氧化工艺适用于高浓度有机废水的处理，微波能和热交换器利用效率的提高可显著降低经济成本，增强其实际应用的可行性。

目录

文摘

英文文摘

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引 言

1国内外相关领域研究进展

1.1酚类污染物的危害

1.2国内外对酚类污染物的重视及相关规定

1.3两种典型酚类污染物废水的国内外研究进展

1.3.1对硝基酚废水的研究现状

1.3.2五氯酚废水的研究现状

1.4微波技术及其在环境污染治理中的应用

1.4.1微波及其特性

1.4.2微波材料

1.4.3活性炭

1.4.4微波技术的应用

1.4.5微波技术在环境污染治理中的应用

1.5存在问题及本论文的研究思路

1.6研究目的及意义

1.6.1研究目的

1.6.2目标物的选择

1.6.3催化剂的确定

1.6.4研究内容

1.6.5研究意义

2活性炭微波辅助催化湿式氧化处理对硝基酚溶液的研究

2.1实验部分

2.1.1试剂与原材料

2.1.2实验仪器

2.1.3实验装置与方法

2.1.4活性炭的预处理

2.1.5吸附实验方法

2.1.6活性炭上残余物的萃取

2.1.7分析方法

2.2结果与讨论

2.2.1对硝基酚标准曲线的绘制

2.2.2活性炭的吸附能力

2.2.3不同浓度对硝基酚溶液的微波降解

2.2.4活性炭表面形貌的变化

2.2.5电加热对比实验

2.2.6 GC-MS分析

2.2.7可生化性分析

2.3小结

3对硝基酚溶液微波辐照氧化实验中影响因素和稳定性的研究

3.1引言

3.2实验分析方法

3.3结果与讨论

3.3.1活性炭上对硝基酚预吸附量的确定

3.3.2微波辅助氧化处理对硝基酚溶液

3.3.3影响因素的考察

3.3.4稳定性实验

3.3.5中间产物鉴定

3.3.6矿化和可生化性考察

3.4小结

4不同吸波材料微波场中氧化处理对硝基酚溶液的研究

4.1引言

4.2试剂与原材料

4.3结果与讨论

4.3.1两种吸波材料的升温曲线和吸附等温线

4.3.2微波场中GAC和SiCs对溶液中PNP的去除效果

4.3.3 GAC去除能力的考察

4.3.4中间产物分析

4.3.5可生化性分析

4.4小结

5炭载金属催化剂微波辅助催化湿式氧化处理含酚溶液的研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1试剂与原材料

5.2.2实验仪器

5.2.3炭载金属催化剂的制备方法

5.2.4表征手段

5.2.5 GC-MS样品准备

5.2.6 AAS试样制备方法

5.2.7分析方法

5.3结果与讨论

5.3.1炭载铜(Cu/GAC)催化剂的表征分析

5.3.2炭载锰(Mn/GAC)催化剂的表征分析

5.3.3炭载铂(Pt/GAC)催化剂的表征分析

5.3.4炭载金属催化剂的升温曲线

5.3.5炭载金属催化剂上PNP和PCP的吸附等温线

5.3.6微波辅助催化湿式氧化处理PNP溶液

5.3.7微波辅助催化湿式氧化处理PCP溶液

5.4小结

6微波辅助催化湿式氧化处理实际高浓度有机废水的应用研究

6.1引言

6.2实验部分

6.2.1试剂与原材料

6.2.2废水来源及其特性

6.2.3实验仪器

6.2.4实验装置与方法

6.2.5分析方法

6.3结果与讨论

6.3.1农药废水的微波辅助催化湿式氧化处理

6.3.2石化含醛废水的微波辅助催化湿式氧化处理

6.3.3中试实验装置中染料废水的脱色情况

6.3.4中试装置中实际有机废水的微波处理

6.3.5高浓度模拟有机废水的中试处理及Fen幻n试剂的影响

6.3.6能量衡算和经济性分析

6.4小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

创新点摘要

致 谢

个人简历