施氏矿物催化氧化含酚废水机制的研究

摘要

含酚废水来源广泛，酚类化合物的排放危害人类健康和自然环境，其废水治理也是科研工作者亟需解决的环保问题。苯酚是酚类化合物中最具代表性的一种典型有机污染物，本文拟采用苯酚溶液来模拟含酚废水，深入研究施氏矿物和H2O2对水中苯酚的氧化降解机制。
　　本文提供了一种新型类Fenton催化剂一施氏矿物(schwertmannite)催化H2O2氧化苯酚的工艺方法。此催化剂由硫酸铁水热法合成制备，合成的矿物化学分子式为Fe8O8(OH)4.5(SO4)1.75，为弱结晶结构，具有很高的比表面积(325.52m2g-1)，然而到目前为止，尚未有用它作为类Fenton反应催化剂的研究报道，关于它的催化机制仍不为人知。本文研究表明施氏矿物对H2O2具有很好的催化作用，并且能够催化H2O2产生·OH去氧化苯酚。在pH3.0-6.0范围下，施氏矿物表面的三Fe(Ⅲ)以及溶液中溶解的Fe(Ⅲ)离了均能够催化产生·OH。产生的·OH将苯酚完全氧化成小分子的中间产物，并进一步将其氧化成H2O和CO2。合成的施氏矿物分别在0.5M的氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子条件下，均能完全氧化溶液中的苯酚，由此表明施氏矿物具备处理高含盐废水的潜力。施氏矿物经重复使用12轮后仍然可以催化氧化98％的苯酚，表明其良好的重复利用性。
　　另外，本文深入研究表明施氏矿物在pH3.0条件下对CrO42-、AsO43-、MoO42-等其具有良好的吸附性能，并且能够在吸附CrO42-、AsO43-的同时仍然可以很好地催化H2O2产生·OH。然而吸附MoO42-后则可严重抑制施氏矿物催化氧化苯酚的催化性能。施氏矿物在pH3.0条件下可吸附高达246.38mgg-1MoO42-，吸附的MoO42-将施氏矿物表面MoO42-覆盖，阻止了矿物表面的Fe(Ⅲ)与H2O2的接触，MoO42-与施氏矿物的结合改变了施氏矿物的表面形貌，并与Fe(Ⅲ)形成更为稳定的晶体结构，使得铁离子不易析出和溶解到反应溶液中，从而抑制了施氏矿物催化H2O2产生·OH。从施氏矿物上脱附的MoO42-能够破坏Fe(Ⅲ)与H2O2Fenton反应中的链式反应，使得H2O2无法产生·OH。在氧化反应中同时存在Fe(Ⅲ)和MoO42-时，H2O2会优先选择与MoO42-反应生成一系列的过氧化钼类物质，而此反应可以使H2O2加速分解和溶液pH值上升，从而不利于H2O2产生·OH。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第二章 文献综述

2．1 含酚废水处理技术的研究与进展

2．1．1 蒸汽法

2．1．2 萃取法

2．1．3 吸附法

2．1．4 活性污泥法

2．1．5 生物滤池法

2．1．6 生物接触氧化法

2．2 高级氧化法(Advanced Oxidation Processes，AOPs)

2．2．1 臭氧氧化法

2．2．2 光化学氧化法

2．2．3 Fenton氧化法

2．2．4 Fenton氧化法的反应机理

2．2．5 Fenton氧化反应的影响因素

2．2．6 苯酚被Fenton氧化法氧化的途径

2．2．7 Fenton氧化法的不足

2．2．8 类Fenton氧化法

2．3 选题依据

第三章 施氏矿物催化H2O2氧化苯酚反应机制的研究

3．1 引言

3．3 实验方法

3．2．1 实验药品

3．2 实验药品及设备

3．3．1 施氏矿物的制备

3．3．2 苯酚氧化实验

3．3．3 实验分析方法

3．4 结果与讨论

3．4．1 施氏矿物的表征分析

3．4．2 施氏矿物的催化性能

3．4．3 施氏矿物催化H2O2氧化苯酚的机制

3．4．4 施氏矿物浓度和H2O2浓度对苯酚氧化反应的影响

3．4．5 不同阴离子对苯酚氧化的影响

3．4．6 施氏矿物的稳定性和重复利用性

3．5 本章小结

第四章 CrO42-、AsO43-、MoO42-对施氏矿物催化H2O2氧化苯酚的影响机制

4．1 引言

4．2 实验药品及仪器设备

4．3 实验方法

4．3．2 实验分析方法

4．4 结果与讨论

4．4．1 施氏矿物对CrO42-、AsO43-、MoO42-的吸附

4．4．2 吸附态MoO42-对施氏矿物催化性能的抑制机理

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢