湿式过氧化氢催化氧化处理染料中间体高浓度废水实验研究

摘要

我国作为染料的生产大国，每年的染料及染料中间体产量远居于世界前列。染料中间体行业产生的废水具有污染物浓度高、色度高、可生化降解性差、生物毒性的特点，属于难处理的工业废水之一。作为高级氧化法的一种，由于其操作简单、反应条件温和，处理效率高，二次污染小的特点，湿式过氧化氢催化氧化技术在处理高浓度难降解有机废水方面具有广泛应用。　　湿式过氧化氢催化氧化法处理高浓度废水的关键在于催化剂的制备。本论文以染料中间体H酸生产过程中产生的高浓度T酸废水为研究对象，从Fe、Mn、Cu、Zn、Ni这几种常见过渡金属中选出催化活性较高的三种（Fe、Cu、Ni）作为活性组分，研究活性组分的成分、比例，载体成分及催化剂制备条件对催化剂活性的影响。催化剂的制备采用过量浸滞法，通过水浴加热促进活性组分的负载。实验表明：当活性组分为Cu：Ni=1:1（摩尔比）时制备的催化剂具有较好的催化活性，载体适宜选用分子筛。通过对制备过程中各种因素的优选，确定出最佳的催化剂制备条件为：活性组分浓度为0.8mol/L，负载浸滞过程中采用水浴加热，浸滞温度为80℃，负载时间为4h，反应完成后将溶液冷却过滤，将所得固体催化剂在恒温干燥箱中于105℃下干燥1h，然后置于马弗炉中于400℃条件下焙烧5h，自然冷却后即可得到所需的催化剂。　　利用前述最佳条件下制备的催化剂，以H2O2为氧化剂，对T酸废水进行催化氧化降解，研究不同实验条件对T酸生产废水降解效率的影响。确定最佳处理条件为：初始pH为4，氧化剂H2O2投加量为25mL，催化剂投加量为3g，反应温度为80℃，反应时间为75min，反应完成后脱色率可达84.88%，COD去除率可达69.07%。实验结果表明，所制备的催化剂对高浓度T酸废水的降解效果较好，可以为相关染料中间体废水或其他高浓度废水治理实验或工业应用提供参考依据。　　通过一系列对比实验对T酸生产废水降解机理进行初步研究，该降解为吸附作用与氧化作用共同作用的结果，但主要为氧化作用，吸附作用只占其中一小部分，且氧化作用中起主要作用的活性基团是羟基自由基·OH。　　此外，本研究还对所制备催化剂的稳定性和重复使用寿命进行了研究，实验表明105℃烘干并于300℃灼烧对催化剂再生后活性的影响较小，可作为一种催化剂的再生方法。所制备催化剂重复利用4次后仍对T酸生产废水有较好的降解效果。催化剂重复使用4次，对COD的去除率仍保持在60%以上，脱色率可保持在75%以上，之后再重复使用，催化剂的催化效果显著降低，此时需要对催化剂进行更换。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究意义

1.2 染料中间体废水产生及处理概述

1.2.1 染料中间体简介

1.2.2 染料中间体废水来源及特点

1.2.3 染料中间体废水的处理方法

1.3 T酸生产废水产生及处理概述

1.3.1 T酸及其制备工艺

1.3.2 T酸生产废水简介

1.3.2 T酸生产废水处理现状

1.4 湿式过氧化氢催化氧化技术研究进展

1.4.1 湿式过氧化氢催化氧化技术

1.4.2 湿式过氧化氢催化氧化机理

1.4.3 湿式过氧化氢催化氧化催化剂

1.5 研究方法、内容、创新点及技术路线

1.5.1 研究方法与研究内容

1.5.2 研究创新点

1.5.2 研究技术路线

第二章 实验内容、材料与方法

2.1 实验材料与方法

2.1.1 实验水样

2.1.2 实验试剂

2.1.3 实验仪器与设备

2.2 实验检测项目及分析方法

2.2.1 实验检测项目

2.2.2 实验分析评价方法

2.3 实验内容

2.4 实验方法

2.4.1 载体的预处理

2.4.2 催化剂的制备

2.4.3 T酸废水降解实验研究

2.5 催化剂的表征方法

2.5.1 表面形貌测试

2.5.3 BET测试

2.6 实验质量保证

第三章 催化剂制备研究

3.1 催化剂活性组分和载体的确定

3.1.1 催化剂活性组分成分确定

3.1.2 催化剂活性组分浓度确定

3.1.3 催化剂载体的确定

3.2 催化剂制备工艺优化

3.2.1 浸滞温度的确定

3.2.2 浸滞时间的确定

3.2.3 焙烧温度的确定

3.2.4 焙烧时间的确定

3.3 催化剂的表征

3.3.1 BET测试结果

3.3.2 表面形貌测试结果

3.4 本章小结

第四章 湿式催化氧化处理染料中间体废水实验研究

4.1 前言

4.2 常规湿式过氧化氢催化氧化影响因素

4.2.1 pH的影响

4.2.2 氧化剂投加量的影响

4.2.3 催化剂投加量的影响

4.2.4 反应温度的影响

4.2.5 反应时间的影响

4.2.6 对比实验

4.2.7 催化剂的重复使用

4.2.8 催化剂使用寿命

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 不足与展望

5.2.1 实验不足

5.2.2 应用前景展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢