硅藻土负载型非均相芬顿催化剂的制备及其降解染料研究

摘要

据统计，1吨染料废水的排放，将造成20吨水体的污染，染料废水因生物难降解性和“三致”毒性，会对湖泊、江河等水体造成巨大危害。针对该类废水的处理，芬顿技术是目前研究最为集中且极具前景的高级氧化技术之一。芬顿氧化法具有高降解率、化学反应过程友好、成本低和应用广泛等特点，但传统芬顿体系存在出水色度高、铁流失量大，反应体系呈酸性等缺点。研究发现，制备不溶于水的催化剂，能改善传统芬顿的缺点。
　　本文以硅藻土为载体，采用直接蒸发法制备一种新型负载型非均相催化剂，优化了D-Fe2O3的制备条件，并对其进行了SEM、XRD等表征;考察了各反应因素对催化降解的影响;初步探讨了氧化亚甲基蓝的过程以及各因素的反应动力学;分析了D-Fe2O3的稳定性，并利用非均相芬顿流化床对D-Fe2O3的实用性进行评价。
　　经实验可知制备过程中铁离子浓度和固液比对D-Fe2O3的催化性能存在影响，其制备的最优铁离子浓度和固液比分别为0.5 mol/L和1∶15; SEM、EDS和XRD的结果表明，在改性硅藻土表面上负载了致密的、不定型的Fe2O3。
　　又建立了非均相芬顿体系(D-Fe2O3/H2O2)，在相同的反应条件下，该体系相较于传统芬顿体系对亚甲基蓝的脱色速率提升了3.5倍。通过正交实验可知各因素对脱色效果的影响程度各不相同，其中初始pH＞反应温度＞D-Fe2O3投加量＞双氧水投加量。经过单因子实验结果表明，当双氧水投加量120 mmol/L、D-Fe2O3投加量12 g/L、反应温度55℃、初始pH3和初始浓度50 mg/L时对亚甲基蓝的脱色效果最佳，反应20 min脱色率可达99％以上。
　　通过UV-vis分析和文献可知，在降解过程中显色基团（巯基，-S-）的N，S双烯环及其两侧连接的苯环发生分解，中间产物不断地进行脱甲基化和脱氨基化，直至降解为CO2、H2O和无机盐离子（Cl-、NO3-和SO42-）。降解反应符合一级反应，其线性相关度均达到0.950以上。
　　对D-Fe2O3稳定性分析可知，在强酸和强碱环境中溶出铁量分别为5.31 mg/L和0.05 mg/L，耐酸碱性能良好;D-Fe2O3经过5次连续重复使用后，仍能保持在90 min内达到99％以上的脱色率;在非均相芬顿流化床小试实验中，反应器出水澄清，色度能达到污水排放标准;反应器出水COD、脱色率和溶出铁量分别达到50 mg/L、99％和18 mg/L以上。因此D-Fe2O3有运用于实际的可能性，是一种很有潜力的非均相芬顿催化剂。

目录

声明

摘要

1．1．1 我国染料废水现状

1．1．2 染料废水特点及危害

1．2 染料废水处理技术

1．2．1 物理法

1．2．2 生物法

1．2．3 化学法

1．3 芬顿技术研究现状

1．3．1 均相芬顿体系概述

1．3．2 均相芬顿体系存在问题

1．3．3 均相芬顿体系研究现状

1．4 非均相芬顿体系概述

1．5 非均相芬顿体系分类

1．5．1 铁氧化物及含铁矿物质

1．5．2 无机物载体

1．5．3 其他载体

1．6 硅藻土的应用现状

1．6．1 硅藻土结构及性质

1．6．2 硅藻土的应用

1．7 研究目的、内容及技术路线

1．7．1 研究目的

1．7．2 研究内容

1．7．3 研究技术路线

第2章 D-Fe2O3非均相芬顿催化剂的制备与表征

2．1 实验方法

2．1．1 实验试剂与仪器

2．1．2 D-Fe2O3的制备原理

2．1．3 D-Fe2O3的制备

2．1．4 分析方法

2．1．5 实验方法

2．2 D-Fe2O3的表征

2．2．2 D-Fe2O3的X射线能谱分析

2．3 D-Fe2O3制备的正交实验

2．3．1 正交实验

2．3．2 正交实验结果分析

2．4 D-Fe2O3制备单因素的影响

2．4．2 固液比对D-Fe2O3的影响

2．5 本章小结

第3章 D-Fe2O3非均相芬顿体系降解染料废水研究

3．1 实验方法

3．1．1 实验材料与仪器

3．1．2 分析方法

3．1．3 实验方法

3．2 正交实验

3．2．1 正交实验结果

3．2．2 正交实验结果分析

3．3 D-Fe2O3非均相芬顿体系对亚甲基蓝降解影响的单因素实验

3．3．1 D-Fe2O3投加量的影响

3．3．2 双氧水投加量的影响

3．3．3 反应温度的影响

3．3．4 初始pH的影响

3．3．5 初始浓度的影响

3．4 不同反应体系对脱色效果的影响

3．5 本章小结

第4章 亚甲基蓝脱色过程及反应动力学研究

4．1 亚甲基蓝脱色过程研究

4．1．1 亚甲基蓝UV-vis光谱分析

4．1．2 亚甲基蓝的降解过程分析

4．2 亚甲基蓝脱色反应动力学理论概述

4．3 亚甲基蓝脱色反应动力学分析

4．3．1 D-Fe2O3投加量对亚甲基蓝脱色动力学分析

4．3．2 双氧水投加量对亚甲基蓝脱色动力学分析

4．3．3 反应温度对亚甲基蓝脱色动力学分析

4．3．4 溶液pH对亚甲基蓝的脱色动力学分析

4．3．5 初始浓度对亚甲基蓝脱色动力学分析

4．4 本章小结

第5章 D-Fe2O3非均相芬顿催化剂实用性评价

5．1 实验方法

5．1．1 实验试剂与仪器

5．1．2 分析方法

5．2 D-Fe2O3稳定性研究

5．2．2 D-Fe2O3重复使用性研究

5．3 非均相芬顿流化床处理染料废水

5．3．1 非均相芬顿流化床反应器的设计与原理

5．3．2 非均相芬顿流化床的结构

5．3．3 非均相芬顿流化床试运行

5．4 本章小结

1．主要结论

2．建议与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果