超声波--光芬顿联合降解硝基苯的研究

摘要

硝基苯是一种有毒有机物，难以被生物降解。本研究采用超声-光芬顿组合技术处理硝基苯，达到硝基苯彻底矿化的目的。本文分别采用超声、紫外、芬顿氧化技术以及其组合技术降解硝基苯，初步探讨了各技术参数对反应过程的影响及其作用机理，并分别分析了超声与紫外、芬顿以及光芬顿的协同强化作用。 超声-紫外硝基苯的研究表明:超声-紫外降解硝基苯存在协同强化作用，硝基苯的降解受反应时间、温度、pH、超声波功率等的影响。时间越长、温度越高，硝基苯去除率越高，而超声-紫外的协同作用减弱。pH对紫外降解硝基苯的过程几乎没有影响，但是超声及超声-紫外降解硝基苯的过程受pH影响，硝基苯降解率随pH先增高后降低，在pH=5时达到最大值，去除率分别为22.61％、24.16％。超声及超声-紫外降解硝基苯的超声功率最佳值为100W，此时硝基苯降解率分别为18.14％、24.29％; TOC去除率分别为18.77％和25.4％。 超声-芬顿降解硝基苯的研究表明:超声-芬顿降解硝基苯存在协同强化作用。H2O2浓度由75mg/L增加至500mg/L，硝基苯去除率先升高后保持不变，TOC去除率逐渐升高。Fe2+浓度由10mg/L升高至90mg/L，硝基苯和TOC去除率均略微减小。硝基苯去除率随温度升高呈先升高后稳定的趋势，温度大于25℃后硝基苯去除率变化不大，去除率达到83.25％。硝基苯去除率随pH上升呈先增高后降低的趋势，在pH=3时达到最大值。超声波功率由50W提高至200W，硝基苯降解效率先上升后下降，在超声功率100W时，联合作用降解硝基苯效率达到最大值84.82％，TOC去除率为29.38％。 超声-光芬顿联合作用处理硝基苯的研究表明，H2O2初始浓度是硝基苯降解和矿化的最显著影响因素，反应时间和超声功率是硝基苯矿化的显著影响因素，Fe2+浓度是非显著影响因素。最佳工艺条件为:H2O2500mg/L、Fe2+10mg/L、反应时间60min、超声波功率100W，初始浓度为200mg/L的硝基苯完全降解，TOC去除率达到73.0％。芬顿、紫外光-芬顿和超声-紫外光-芬顿降解硝基苯过程均符合一级反应动力学模式，反应速率常数分别为3.37×10-2min-1、3.81×10-2min-1和5.10×10-2min-1。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 硝基苯的性质、来源及危害

1．2．1 硝基苯的性质

1．2．2 硝基苯的来源

1．2．3 硝基苯的危害

1．3 硝基苯废水的常见处理方法

1．3．1 物理法

1．3．2 化学法

1．3．3 生物法

1．4 超声波技术的发展现状

1．4．1 超声波简述

1．4．2 超声波的主要理化生效应

1．4．3 超声波的主要降解机理

1．4．4 超声波及超声波联合工艺处理硝基苯的现状

1．5 光芬顿技术的发展现状

1．5．1 芬顿简述

1．5．2 光芬顿的机理及其处理硝基苯的现状

1．6 课题研究内容及创新点

1．6．1 课题的研究内容

1．6．2 创新点

1．7 本章小结

第二章 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 实验药品及试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 硝基苯的降解实验

2．3 硝基苯的分析测试方法

2．3．1 实验仪器及试剂

2．3．2 色谱条件

2．3．3 绘制标准曲线

2．3．4 主要指标计算方法

2．4 TOC的测定

2．5 本章小结

第三章 超声联合紫外光辐射降解硝基苯

3．1 硝基苯初始浓度对降解效率的影响

3．2 反应时间对硝基苯降解效率的影响

3．3 反应温度对硝基苯降解效率的影响

3．4 pH对硝基苯降解效率的影响

3．5 超声功率对硝基苯降解和矿化效率的影响

3．6 超声对紫外降解硝基苯的协同强化作用

3．7 本章小结

第四章 超声联合芬顿降解硝基苯

4．1 H2O2投加量对硝基苯降解效率的影响

4．2 Fe2+投加量对硝基苯降解效率的影响

4．3 硝基苯初始浓度对降解效率的影响

4．4 反应时间对硝基苯降解效率的影响

4．5 反应温度对硝基苯降解效率的影响

4．6 pH对硝基苯降解效率的影响

4．7 超声功率对硝基苯降解和矿化效率的影响

4．8 超声对芬顿降解硝基苯的协同强化作用

4．9 本章小结

第五章 超声联合光芬顿降解硝基苯的研究

5．1 硝基苯降解方法与原理简述

5．2 实验材料与方法

5．2．1 实验装置

5．2．2 实验药品和分析方法

5．2．3 实验方法

5．3 超声-光芬顿降解硝基苯的可行性探讨

5．4 正交实验

5．5 动力学分析

5．6 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

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