非均相催化Oxone高级氧化技术处理含酚废水的实验研究

摘要

基于硫酸根自由基(SO4-·)的高级氧化技术是近些年发展起来的、具有发展潜力的、降解难降解有机污染物的新技术。常用钻活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，但由于钴离子有毒，均相催化虽然效率高但不宜采用，必须将钴负载在载体上构成非均相催化氧化体系降解有机废水。本研究以Co(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O作为前驱物，利用浸渍沉淀法将过渡金属钴和铁固定到TiO2载体上，制备出新型复合催化剂CoFe/TiO2，催化活化过硫酸氢钾复合盐(Oxone)，产生强氧化性的自由基SO4-·和·OH降解苯酚废水。本文探讨了催化剂CoFe/TiO2的钴铁负载量、焙烧温度等制备条件对降解效果的影响并进行了表征分析和稳定性测试。考察了初始pH值、催化剂投加量、氧化剂投加量、反应温度和光照条件等因素对CoFe/TiO2非均相催化氧化Oxone体系降解苯酚废水的影响。对CoFe/TiO2活化Oxone产生的SO4-·和·OH自由基及其降解苯酚的反应过程进行了探讨。得出以下结论：
　　(1)以TiO2为载体，利用浸渍沉淀法制备出复合催化剂CoFe/TiO2。确定了最佳制备工艺：Co、Fe负载比例为1:1时，总负载量为700%，最佳焙烧温度为500℃。采用SEM、BET、XRD、XPS等手段对制得的CoFe/TiO2进行测试。结果表明，钴和铁已成功地负载到了载体TiO2上，且钴和铁的负载对TiO2的结构产生了影响，使载体的比表面积和孔容减小；TiO2上负载的钴和铁主要以CoFe2O4的形式存在，还有一部分Fe2O3。经过3次循环CoFe/TiO2仍保持较高催化活性，且只有微量的钴离子和铁离子溶出，可安全使用。
　　(2)对非均相CoFe/TiO2/Oxone催化氧化体系降解苯酚废水的影响因素的研究表明：中性条件下催化剂CoFe/TiO2催化氧化Oxone降解苯酚的去除效果最佳；最终确定的最佳反应条件为：在UVB光照条件下，反应温度35℃，不调节初始pH，催化剂CoFe/TiO2的最佳投加量为1.5g/L，氧化剂Oxone的最佳投加量为3 g/L。此时，苯酚的去除率能达到93.1%。
　　(3)对CoFe/TiO2反应前后的物理化学结构研究表明，UVB光照下催化剂结构的破坏程度比无光照下的更大，且反应前后其基本组成成分没有变化，说明催化剂不参与降解反应，只是通过催化作用促进苯酚的降解；UVB光照下的CoFe/TiO2/Oxone系统对苯酚的降解动力学符合拟一级动力学模型；对自由基变化量的研究表明，本实验体系中起主要氧化作用的是SO4-·自由基；苯酚的芳香环在SO4-·自由基的攻击下，利用电子转移生成以碳为中心的自由基，进一步作用生成中间体，SO4-·将其氧化为小分子有机酸，最终被矿化为CO2和H2O。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 基于硫酸自由基（SO4﹣·）的高级氧化技术

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.4 研究内容与技术路线

2 复合催化剂的制备

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

3 CoFe/TiO2催化Oxone降解苯酚的影响因素

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

4 CoFe/TiO2催化Oxone降解苯酚的机理研究

4.1 催化剂作用机理

4.2 反应动力学

4.3 自由基变化量

4.4 苯酚的降解过程

4.5 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录