铁系柱撑蒙脱土的制备及催化湿式过氧化氢氧化降解模拟染料废水的研究

摘要

现阶段，染料行业飞速发展，染料废水的处理已备受关注，此类废水具有结构稳定、COD高、难生物降解等特点，一般处理方法效率低下。因此，降解染料废水的技术和相应催化剂的制备对于降解效率至关重要。
　　论文研究使用离子交换法，制备铁/锰/铝-柱撑蒙脱石(Fe/Mn/Al-Mt)。实验重点考察Fe-Mn摩尔比、活性金属负载量(AML)、焙烧温度、制备方法、粘土悬浮液浓度等一系列制备条件对Fe/Mn/Al-Mt催化性能的影响。结合FT-IR、XRD、DR UV-vis、N2-吸附/脱附、SEM、TG/DTG等表征技术以及CWPO降解酸性橙Ⅱ(AOⅡ)模拟废水的效果参数（色度去除率、COD去除率、Fe离子溶出量）对Fe/Mn/Al-Mt整体形貌、催化活性以及稳定性进行评估。实验结果表明，经过柱撑后，载体结构明显改善，当Fe-Mn摩尔比为8/2、AML为6％、500℃焙烧2h、引入超声以及采用干粘土直接制备时，Fe/Mn/Al-Mt催化剂具有较大的比表面积(214m2/g)、活性组分(MnFe2O4纳米粒子)含量高且分散度良好、催化活性高(COD去除率可以达到81.5％)、稳定性良好(样品重复使用五次，水样的COD去除率仍可达到74.1％、五次反应Fe离子溶出总和为1.233mg/L)等特点。另外，采用超声辅助以及干粘土直接制备Fe/Mn/Al-Mt催化剂一个制备周期内可节省约80％的时间，制备1g催化剂可节省50mL的水。
　　实验采用CWPO技术，以6％-Fe/Mn/Al(8/2)-(D)Mt(U，500℃)为反应催化剂来降解含酸性橙Ⅱ的模拟废水，以COD的去除效果以及铁离子的溶出作为指标，联立单因素实验和响应面分析法中的BBD中心实验方法对降解过程中的工艺条件（温度、入水pH、Fe/Mn/Al-Mt样品加入量、H2O2浓度）进行优化选择。结果表明:影响CWPO降解酸性橙降解Ⅱ模拟染料废水的强度顺序为温度＞入水pH＞Fe/Mn/Al-Mt投加量＞H2O2浓度，通过Design-expert软件得出的最佳工艺条件:反应温度=60℃、pH=3.5、催化剂用量为0.50g/L和H2O2加入量为24mM，理论上COD去除率可以达到83.2％，Fe的溶出率0.588mg/L。
　　最后，对CWPO降解模拟废水(AOⅡ)动力学进行探究。采用了Fermi's equation半经验动力学方程对在不同温度下反应的酸性橙Ⅱ浓度变化(C/C0)进行拟合，得出lnK与1/T的线性关系，根据Arrhenius方程得此反应的表观活化能(Ea)为48.65KJ/mol。相比之前的文献中的报道，反应过程中的表观活化能更低，促使CWPO处理染料废水效率更高。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 染料废水的来源及危害

1．2．1 染料废水的来源

1．2．2 染料废水的危害

1．3 染料废水的处理现状

1．4 高级氧化技术(AOPs)

1．4．1 高级氧化技术概述

1．4．2 催化湿式过氧化氢氧化技术降解机理

1．5 CWPO反应催化剂的研究现状

1．6 蒙脱土的概述

1．7 研究概述

1．7．1 实验目标

1．7．2 研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验材料

2．1．1 所需试剂

2．1．2 所需仪器

2．2 催化剂样品的制备

2．2．1 柱化液的制备

2．2．2 催化剂的制备

2．2．3 超声辅助制备催化剂

2．3 催化剂表征技术

2．3．3 傅立叶红外变换光谱(FT-IR)

2．3．4 扫描电镜(SEM)

2．4．2 染料色度测定

2．4．3 染料COD值测定

2．4．4 Fe离子含量测定

2．4．5 酸性橙Ⅱ浓度的测定

第三章 Fe／Mn／Al-Mt制备条件的筛选和优化

3．1．2 DR UV-Vis光谱分析

3．1．3 XRD分析

3．1．4 BET分析

3．1．5 SEM表征

3．1．6 催化剂的催化性能

3．2 AML对Fe／Mn／Al-Mt性能的影响

3．2．2 DR UV-Vis分析

3．2．3 XRD分析

3．2．4 BET分析

3．2．5 不同AML值的Fe／Mn／Al-Mt催化剂的催化性能影响

3．3 焙烧温度的选择

3．3．1 TG／DTG分析

3．3．2 BET分析

3．3．3 XRD分析

3．3．4 焙烧温度对Fe／Mn／Al-Mt催化剂性能的影响

3．4 外场能量对Fe／Mn／Al-Mt性能的影响

3．4．2 DR UV-Vis分析

3．4．3 XRD分析

3．4．4 BET分析

3．4．5 SEM分析

3．4．6 催化剂催化性能研究

3．5 粘土浓度对Fe／Mn／Al-Mt性能的影响

3．5．1 BET分析

3．5．2 FT-IR分析

3．5．3 DR UV-Vis分析

3．5．4 XRD分析

3．5．5 Fe／Mn／Al-Mt催化剂的催化性能

3．6 小结

第四章 CWPO降解酸性橙Ⅱ的研究

4．1．1 反应温度的影响

4．1．2 初始pH的影响

4．1．3 催化剂用量的影响

4．1．4 初始H2O2浓度的影响

4．2 响应面优化反应工艺条件

4．3 CWPO降解酸性橙Ⅱ动力学研究—费米方程

4．4 Fe／Mn／Al-Mt催化剂的稳定性研究

4．4．1 BET分析

4．4．2 SEM表征分析

4．4．3 CWPO降解酸性橙Ⅱ的催化活性分析

4．5 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

5．3 创新点

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢