活性炭载锰催化剂制备及其催化臭氧氧化处理废水

摘要

催化臭氧氧化技术利用臭氧和臭氧产生的羟基自由基来降解有机污染物，兼具脱色、除臭和消毒的功效。随着废水排放标准的提高和臭氧制备成本的降低，催化臭氧氧化技术成为一种非常有应用前景的废水深度处理技术。本课题通过浸渍-煅烧法制备出一种适用于催化臭氧氧化处理废水的活性炭载锰催化剂，研究其催化臭氧氧化有机物的性能，并实施了催化臭氧氧化技术深度处理工业废水的中试研究。
　　研究表明，活性炭负载金属锰可以显著提高臭氧降解邻苯二甲酸氢钾(KHP)的反应速率。通过比较活性炭载锰催化剂催化臭氧氧化KHP的效果，对催化剂制备工艺参数如煅烧温度、煅烧时间、负载量、载体、浸渍时间进行了优化:以坚果活性炭为载体、锰负载量为5％、浸渍时间为6h、在400℃条件下煅烧3h得到的负载型催化剂具有最好的催化活性;在反应90min内，催化臭氧氧化去除溶液中COD的速率较活性炭催化提高了2倍。
　　小试表明，活性炭载锰催化剂催化臭氧氧化KHP的过程中，自由基氧化发挥了比较重要的作用，因为当加入自由基抑制剂后，COD去除速率显著下降。反应受到pH的影响，为了保证较好的降解效果，应使反应体系处于弱碱性条件。当使用活性炭载锰催化剂时，臭氧氧化苯酚的COD去除速率较活性炭催化时提高了1倍。活性炭载锰催化剂对臭氧氧化处理工业废水也具有较强的催化效果。
　　中试以某工业园区集中式污水处理厂的生化系统出水为处理对象，研究活性炭载锰催化剂的催化性能。实验表明，其催化臭氧氧化处理废水的效果较好，COD的去除量基本稳定在40-55mg/L，臭氧投加量与COD去除量的比例为O3∶COD=0.4-0.7（以质量计）;废水的色度从32倍降到4倍以下。
　　总之，以活性炭为载体，以锰为活性组分，制备了用于催化臭氧氧化的负载型催化剂，小试和中试都证明了催化剂具有较好的性能，为催化臭氧氧化技术的工业应用提供了比较好的探索。

目录

声明

致谢

摘要

插图和附表清单

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 课题来源

1．3 课题目标与研究内容

2 文献综述

2．1 臭氧及其氧化作用

2．1．1 臭氧的物理化学性质

2．1．2 臭氧氧化机理

2．2 臭氧在水处理中的应用

2．3 催化臭氧氧化技术

2．4 催化剂制备方法

2．4．1 活性组分

2．4．2 载体

2．4．3 负载方法

2．5 小结

3 实验材料与方法

3．1 实验材料与装置

3．1．1 实验材料

3．1．2 装置与流程

3．2 仪器和设备

3．3 实验方法

3．3．1 催化剂制备

3．3．2 催化臭氧氧化实验

3．4 分析测试方法

4 催化剂制备与性能

4．1 催化剂的活性

4．2 催化剂制备工艺参数

4．2．1 煅烧温度

4．2．2 煅烧时间

4．2．3 锰负载量

4．2．4 载体种类

4．2．5 浸渍时间

4．3 小结

5 催化臭氧氧化有机污染物和工业废水

5．1 催化臭氧氧化KHP

5．1．1 氧化效果

5．1．2 自由基抑制剂的影响

5．1．3 pH的影响

5．2 催化臭氧氧化苯酚

5．3 催化臭氧氧化工业废水

5．4 小结

6 催化臭氧氧化技术的中试研究

6．1 中试背景

6．2 研究内容

6．3 装置与运行

6．3．1 中试装置

6．3．2 运行条件

6．4 结果与讨论

6．5 成本分析

6．5．1 中试装置投资

6．5．2 处理成本分析

6．6 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

作者简历及在学期间所取得的科研成果

参考文献