多相Fenton氧化法处理染料中间体结晶废液的研究

摘要

近年来，纺织品染料越来越难以被光解、氧化和生物降解，传统的废水处理技术难以适应此类难降解有机污染物的处理，开发出新的经济有效的处理技术和方法已经迫在眉睫。传统Fenton氧化反应条件温和、反应快速、有效，设备简单易操作，但pH值适用范围很窄，会产生含铁污泥等问题，妨碍其工业应用。
　　本文以染料中间体H酸、T酸结晶废液为目标污染物，采用多相Fenton氧化对其进行处理，对各反应体系最佳条件、氧化还原电位（ORP）值变化、pH值变化、铁离子质量浓度变化以及反应动力学进行研究，对各反应体系处理染料中间体结晶废液的效能进行对比，选择最为经济有效的催化剂。通过分析Fenton反应体系中氧化还原电位变化与Fenton试剂投加量的关系，建立了相关数学模型，并通过实验对模型进行了验证。主要结论如下:
　　(1)Fenton体系在H2O2投加量为140mmol·L-1，H2O2/Fe2+（摩尔比）为15∶1，溶液初始pH值为2时对H酸结晶废液取得最佳处理效果，COD去除率可达82％，TOC去除率可达50％。Fe0-类Fenton体系在H2O2投加量为140mmol·L-1，Fe0投加量为0.50g·L-1，溶液初始pH值为1.6时对H酸结晶废液取得最佳处理效果，此时，COD去除率可达73％，TOC去除率可达47％。以Fe2+作为催化剂处理H酸结晶废液要比Fe0的处理效果稍好，氧化剂的利用效率高。
　　(2)通过对不同浓度的H酸结晶废液进行Fenton反应，建立了关于溶液初始COD值、ORPmax值以及H2O2投加量之间的数学模型关系式以及初始COD值与最佳H2O2投加量之间的数学模型关系式，具有良好的线性关系，R2值在0.99以上。运用所得数学模型对H酸结晶废液的Fenton氧化反应进行控制，取得了较为稳定的结果，COD去除率可控制在75％以上，氧化剂H2O2的用量大大降低。
　　(3)催化剂的催化氧化效果依次为钛铁矿＞黄铁矿＞亚铁＞零价铁;反应速率从快到慢依次为零价铁＞亚铁＞钛铁矿≈黄铁矿。各催化剂最佳处理效果对应的初始pH值分别为:黄铁矿、亚铁离子为3，钛铁矿为5，零价铁为2。钛铁矿和黄铁矿对pH值变化不敏感，适用pH值范围宽，克服了传统Fenton反应适用pH值范围窄的缺点。
　　(4)钛铁矿作为催化剂本身并无太多消耗，可多次重复利用且催化氧化处理T酸结晶废液的TOC去除率依然保持在72％以上。这克服了传统Fenton反应中出水残留铁离子过多，催化剂不可回收利用的缺点，便于大规模应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 染料及染料废水

1．2．1 染料的分类

1．2．2 染料废水的污染特点

1．3 染料废水处理技术

1．3．1 物理法

1．3．2 化学法

1．3．3 生物法

1．3．4 高级氧化技术

1．4 Fenton氧化在废水处理中的应用及研究

1．4．1 Fenton试剂

1．4．2 Fenton氧化反应机理

1．4．3 Fenton氧化的影响因素

1．4．4 Fenton氧化在染料废水处理中的应用

1．5 异相Fenton氧化在废水处理中的应用及研究

1．5．1 异相类Fenton氧化

1．5．2 异相Fenton反应机理研究

1．6 研究背景和意义

1．7 研究内容、技术路线和创新点

1．7．1 研究内容

1．7．2 技术路线

1．7．3 创新点

第二章 实验材料与分析方法

2．1 实验材料

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2 分析方法

2．2．1 COD的测定

2．2．2 TOC的测定

2．2．3 氧化还原电位的测定

2．2．4 pH值的测定

2．2．5 铁离子浓度测定

第三章 Fe2+和Fe0催化双氧水氧化H酸结晶废液效能的比较

3．1 实验材料及方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验方法

3．1．3 分析方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 反应参数条件对氧化体系的影响

3．2．2 氧化还原电位(ORP)值变化

3．2．3 铁离子形态及浓度变化

3．3 本章小结

第四章 Fenton氧化参数调控的数学模型

4．1 实验材料及方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验方法

4．1．3 分析方法

4．2 数学模型的建立

4．2．1 双氧水投加量与ORP值之间的关系

4．2．2 H酸结晶废液初始COD值与ORPmax之间的关系

4．2．3 ORPmax、初始COD值与H2O2投加量之间的关系

4．2．4 最佳H2O2投加量与初始COD值之间的关系

4．3 数学模型的验证

4．3．1 废水实际初始COD值与理论计算COD值的比较

4．3．2 模型控制下的Fenton反应与无控制的Fenton反应效果的对比

4．4 本章小结

第五章 T酸结晶废液类Fenton氧化催化剂的比较

5．1 实验材料及方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验方法

5．1．3 分析方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 催化剂的初步选择

5．2．2 初始pH的影响

5．2．3 氧化反应过程中pH值变化

5．2．4 H2O2投加量的影响

5．2．5 催化处理T酸结晶废液紫外-可见光谱图分析

5．2．6 各体系反应动力学

5．2．7 氧化反应过程中铁离子形态及浓度变化

5．2．8 催化剂用量的影响

5．2．9 催化剂重复利用情况

5．2．10 异相类Fenton催化机理探讨

5．3 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间主要的学术成果

致谢