光催化氧化法处理含高浓度苯酚、甲醛废水的研究

摘要

光催化Fenton氧化法处理有机废水是一种高级氧化技术,能有效的去除和降解废水中有毒有害的有机污染物,该文以苯酚和甲醛的混合废水为研究对象,通过自行设计的光化学反应装置对有机混合废水进行了UV/Fenton氧化降解实验的研究,探讨了其工艺操作条件、各影响因子的作用机制及其氧化降解动力学等.基于初步实验,对普通的Fenton氧化反应设计了L<,16>(4<'4>)的正交实验,考察PH值,H<,2>O<,2>浓度,Fe<'2+>浓度和反应时间四种因素对苯酚和COD去除率的影响.实验结果表明:①UV/Fenton反应的主要机理是双氧水在Fe<'2+>和紫外光的催化作用下可迅速分解产生OH·,生成的OH·在比较短的时间内可将苯酚和甲醛氧化分解,最终COD的去除率达到90﹪以上.②UV/Fenton反应比Fenton反应具有更高的有机物和COD的去除率,这是由于紫外光可以将三价铁离子Fe(OH)<'2+>转化为Fe<'2+>,进而加速了H<,2>O<,2>产生OH·的速度,形成一个Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)的循环反应,因此对有机污染物的降解非常有利.实验观察到,在UV/Fenton法处理苯酚和甲醛的混合废水样时,若双氧水的用量较少,则溶液最后变为红棕色,但是随着双氧水用量的增加,溶液最终会变为淡黄色.实验分析苯酚在反应过程中的分解机理大体可看作为:苯酚→苯醌→马来酸→乙二酸、丙二酸→丙酸、乙酸、甲酸→CO<,2>、H<,2>O;而甲醛在反应过程中的主要分解产物有甲酸和乙二酸等部分有机酸.由化学动力学理论可知,在反应过程中产生的小分子有机酸具有更高的活化能,彻底去除需要更高的反应条件,因此成为完全氧化降解的限速步骤,使反应终止于产酸阶段.实验还对UV/H<,2>O<,2>、UV/H<,2>O<,2>/Fe<'2+>、H<,2>O<,2>/Fe<'2+>和H<,2>O<,2>四种均相氧化体系对有机废水的COD的去除率作以比较.探讨不同氧化剂和催化剂浓度下UV/Fenton法氧化降解苯酚和甲醛混合废水的作用规律,用线性回归法对不同氧化降解时间后COD去除率对反应时间的相关性进行了定量分析,得到了简化的动力学模型,即基于COD分析的苯酚和甲醛混合废水的动力学方程.

目录

文摘

英文文摘

1引论

1.1处理含有机物废水的催化氧化技术

1.2含酚废水的处理技术

1.2.1酚类的性质与毒理

1.2.2高浓度含酚废水处理

1.2.3中等浓度含酚废水的处理

1.2.4低浓度含酚废水的处理

1.3含甲醛废水的处理技术

1.3.1甲醛的性质与毒理作用

1.3.2含甲醛废水的处理方法

1.4光催化氧化技术

2理论分析

2.1 Fenton氧化技术

2.2 UV/Fenton氧化技术

2.3混凝的基本原理

2.4羟基自由基(·OH)的产生和性质

2.4.1羟基自由基氧化的发展

2.4.2羟基自由基的性质

2.4.3羟基自由基对有机物的氧化降解的途径

2.4.4羟基自由基产生的途径

3.实验部分

3.1试剂及仪器

3.1.1试剂

3.1.2仪器

3.2实验流程图

3.3实验装置图

3.4实验方法与目的

3.5分析方法

3.5.1COD的测定

3.5.2挥发酚的测定

3.5.3甲醛的测定

3.6理论投加量的计算

4.实验与结果

4.1正交试验

4.2单因素试验

4.2.1 H2O2投加量对去除率的影响

4.2.2 FeSO4·7H2O投加量对去除率的影响

4.2.3PH值对去除率的影响

4.2.4双氧水投加方式的影响

4.2.5温度的影响

4.2.6紫外光照射时间的影响

4.2.7不同流量对有机物和C O D去除率的影响

4.3不同反应体系的比较

4.4UV/Fenton法降解苯酚和甲醛混合废水的中间产物分析

4.4.1苯酚降解的机理和中间产物

4.4.2甲醛降解的机理和中间产物

4.5动力学模型的建立

4.5.1反应级数m的确定

4.5.2反应级数n的确定

4.5.3反应活化能Ea和指前因子k0的确定

5.结论及展望

参考文献

附录

研究生期间发表论文

声明

致谢