新型粉煤灰基催化剂UV-Fenton-MBR耦合处理焦化废水的研究

摘要

本文以粉煤灰废物为原料制备了具有高阳离子交换性能和高吸附性能的Na6[AlSiO4]6·4H2O沸石，并以该粉煤灰沸石作为载体分别采用浸渍法和共沉淀法研制出两种不同的复合催化剂，在此基础上经综合比较确定催化活性较强的催化剂用于模拟焦化废水的处理试验，并对粉煤灰沸石和催化剂的结构进行了表征，深入分析了Cu和Fe的协同催化机制以及将其用于处理焦化废水的可行性。得出如下主要结论:
　　(1)沸石合成及改性试验结果表明:当Si/Al为0.906，晶化温度141℃，晶化时间9.87 h时，合成沸石的阳离子交换性能(CEC)和吸附性最好，利用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对合成产物进行表征，结果表明此沸石化学式为Na6[AlSiO4]6·4H2O，将溶剂由超纯水替换成2 mol/L的NaCl时，合成沸石的阳离子交换性能(CEC)得到了显著的提升。
　　(2)Cu-Fe复合催化剂制备试验结果表明:浸渍法制备的催化剂对亚甲基蓝(MB)的降解效率比共沉淀法高;通过与Fe2+/H2O2系统比较发现，Cu-Fe复合催化剂不仅催化活性高，降解速率快，而且对pH的适应范围也从2～4拓宽到了2～12，验证了Cu-Fe间存在着协同催化作用，并对其作用机理进行了深入探讨;浸渍法制备催化剂的稳定性更好，循环利用4次后对MB的降解率达70.4％。
　　(3)UV-Fenton-MBR耦合处理模拟焦化废水的试验结果表明:反应初期UV-Fenton-MBR工艺对有机物、SCN-和CN-的光催化降解率都高于92％，对NH4+-N的降解率为56.89％，有机物的降解率随着运行时间的延长而降低，SCN-、CN-和NH4+-N的去除率几乎不变。
　　本研究以废物资源化的理念为出发点，为高效率、低成本地处理并资源化利用粉煤灰及高盐废水提供了新的途径、为深入理解沸石水热合成、催化剂制备及有机物降解过程中Cu和Fe间的协同机制提供了理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 概论

1．1 焦化废水的来源及水质特征

1．1．1 焦化废水的来源

1．1．2 焦化废水的水质特征

1．2 焦化废水的处理现状

1．2．1 预处理工艺

1．2．2 生化处理工艺

1．2．3 高级氧化处理工艺

1．3 粉煤灰的来源及化学组成

1．3．1 粉煤灰的来源

1．3．2 粉煤灰的化学组成

1．4 粉煤灰的危害剧其利用

1．4．1 粉煤灰的危害

1．4．2 粉煤灰的综合利用

1．5 粉煤灰沸石的研究现状

1．5．1 粉煤灰沸石的分类

1．5．2 粉煤灰沸石的合成法

1．5．3 沸石合成过程中的影响因素

1．6 沸石负载Cu-Fe催化剂的研究现状

1．6．1 沸石负载Cu-Fe催化剂的方法

1．6．2 Cu-Fe催化剂的作用机理

1．7 研究内容及意义

1．7．1 研究目的及内容

1．7．2 研究意义

第2章 试验材料及方法

2．1 试验试剂及试验器材

2．2 试验装置

2．3 粉煤灰沸石的合成

2．3．1 粉煤灰预处理

2．3．2 粉煤灰组分的测定

2．3．3 粉煤灰合成沸右

2．3．4 粉煤灰沸石的表征

2．4 催化剂的制备及其表征

2．4．1 铜铁催化剂的制备方法

2．4．2 催化剂的表征

2．5 水质测定方法

第3章 沸石的制备

3．1 粉煤灰的化学组成

3．2 粉煤灰沸石的合成及优化

3．3 粉煤灰沸石的表征

3．3．1 XRD分析

3．3．2 SEM分析

3．4 沸石合成的影响因素

3．4．1 硅铝摩尔比的影响

3．4．2 晶化温度的影响

3．4．3 晶化时间的影响

3．5 本章小结

第4章 沸石负载铜铁催化剂

4．1 催化剂的表征

4．2 UV-Fenton系统的影响因素

4．2．1 催化剂投加量对MB降解率的影响

4．2．2 H2O2浓度对MB降解率的影响

4．2．3 pH对MB降解率的影响

4．2．4 反应时间对MB降解率的影响

4．2．5 MB起始浓度对MB降解率的影响

4．3 Cu-Fe催化剂的协同效应

4．3．1 Cu-Fe催化剂在催化速率上的协同作用

4．3．2 Cu-Fe催化剂在拓宽pH上的协同作用

4．4 催化剂的稳定性

4．5 本章小结

第5章 UV-Fenton-MBR耦合处理焦化废水

5．1 焦化废水水质

5．2 UV-Fenton-MBR耦合系统连续处理焦化废水

5．2．1 UV-Fenton-MBR系统对苯酚的光催化降解

5．2．2 UV-Fenton-MBR系统对喹啉的光催化降解

5．2．3 UV-Fenton-MBR系统对2,4-二氯酚的光催化降解

5．2．4 UV-Fenton-MBR系统对SCN-的光催化降解

5．2．5 UV-Fenton-MBR系统对CN-的光催化降解

5．2．6 UV-Fenton-MBR系统对Nit4+-N的光催化降解

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录