含对硝基苯酚废水的催化超临界水氧化研究

摘要

对硝基苯酚毒性大，对水体有严重的污染性，已被列入中国环境优先控制污染物“黑名单”。目前传统废水处理方法，如生物法、物理法与化学氧化法等，很难将其彻底去除。超临界水氧化技术是一种新兴废水处理技术，能够对许多传统方法难以去除的有机废水进行有效处理。本文对含对硝基苯酚废水的催化超临界水氧化降解进行了研究。 本文对非均相催化剂的制备进行了系统研究，确定了催化剂适宜制备方法及工艺条件，负载型Mn2O3/Ti-Al复合氧化物催化剂制备工艺为：以钛铝复合氧化物为载体，用等体积浸渍法将Mn(NO3)2溶液浸渍到载体上，负载量为15wt％，老化18h，于120℃真空干燥4h，在600℃焙烧4h。采用XRD、BET等催化剂表征方法和活性评价等对反应前后催化剂的性能进行了分析研究。 本文通过设计适宜的实验，研究了锰氧化物催化剂在超临界水氧化反应过程中催化反应机理，提出了吸附氧氧化与晶格氧氧化协同作用机理，并据此解释了催化剂反应前后相态的变化。 本文采用负载型Mn2O3/Ti-Al复合氧化物催化剂，在超临界水中考察了反应温度、压力、氧气过量倍数、停留时间等因素对对硝基苯酚去除率的影响。对硝基苯酚的去除率随着这四个因素的升高而升高；温度对去除率的影响比较明显，在考察的温度范围内，温度的正效应起主导地位；氧气过量倍数和停留时间对有机物的去除率有一适宜值，当大于这一限度时，继续增加氧气的量和停留时间对去除率的提高作用已经不明显。在此基础上确定了本实验体系适宜的工艺条件：温度420℃，压力26MPa，，氧气过量倍数20倍，停留时间大于6s。在此条件下经处理的废水中对硝基苯酚的含量为1.7mg/L，TOC含量为8.4mg/L，达到了国家GB8978-1996一级排放标准。 本文通过GC-MS分析，检测得到对硝基苯酚在催化超临界水氧化过程中的主要中间产物为：苯酚、对苯二酚、苯醌、邻硝基苯酚、2-苯氧基苯酚、4-苯氧基苯酚、二苯呋喃、二硝基二苯并呋喃等，并据此推测出对硝基苯酚氧化降解可能的反应路径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 文献综述

1.1有毒难降解工业废水处理技术概述

1.1.1光催化氧化法

1.1.2电化学氧化法

1.1.3湿式氧化法

1.1.4超临界水氧化法

1.2超临界水的性质

1.2.1密度

1.2.2介电常数

1.2.3溶解度

1.2.4电离度

1.2.5粘度

1.2.6扩散系数

1.3超临界水氧化技术

1.3.1超临界水氧化技术的优点

1.3.2催化超临界水氧化技术

1.4超临界水氧化机理研究

1.5超临界水氧化技术的工业应用

1.6含对硝基苯酚废水的研究现状

1.7本课题的研究内容和意义

第二章 实验系统与研究方法

2.1实验材料与规格

2.2实验主要仪器与流程

2.2.1催化剂制备实验仪器

2.2.2超临界水氧化反应实验装置

2.2.3超临界水氧化实验流程

2.2.4实验条件控制

2.3实验分析仪器与方法

2.3.1催化剂分析与表征

2.3.2超临界水氧化实验

第三章 催化剂的制备与作用机理研究

3.1催化剂的制备

3.1.1本体型催化剂的制备方法

3.1.2负载型催化剂的制备方法

3.1.3催化剂载体

3.1.4催化剂焙烧温度

3.1.5负载量的确定

3.2催化剂的活性评价

3.3反应后催化剂的XRD分析

3.4反应前后催化剂的比表面和孔结构

3.5锰氧化物催化剂作用机理

3.5.1催化剂有氧条件超临界水氧化相态变化

3.5.2催化剂无氧条件超临界水氧化相态变化

3.5.3无氧条件下反应后催化剂空气吹扫

3.5.4催化作用机理

3.6小结

第四章 对硝基苯酚催化超临界水氧化工艺及降解路径研究

4.1超临界水氧化实验数据处理方法

4.1.1对硝基苯酚及其TOC去除率

4.1.2停留时间

4.2实验结果与讨论

4.2.1温度的影响

4.2.2压力的影响

4.2.3氧气过量倍数的影响

4.2.4停留时间的影响

4.3适宜工艺条件的确定

4.3.1确定原则

4.3.2实验结果

4.4对硝基苯酚降解路径分析

4.4.1有机污染物降解产物的分析

4.4.2对硝基苯酚氧化降解路径推测

4.5小结

第五章 结论

参考文献

致谢