常压催化湿式氧化法处理染料废水的研究

摘要

湿空气氧化技术(Wet Air Oxidation，WAO)是一种在高温(125-320℃)、高压(0.5-20MPa)条件下有效处理高浓度、有毒、有害、难生物降解有机废水的高级氧化技术。催化湿式氧化技术(Catalytic Wet Air Oxidation,CWAO)，能够有效提高有机物的氧化速率，降低反应操作条件，并缩短反应时间，在废水处理中受到了广泛关注。开发高效的非均相催化剂是CWAO技术应用的关键之一。
　　本论文开展了常压条件下CWAO去除阳离子红GTL配水的研究。以环境友好的过渡金属Fe为活性组分，Ce和Bi为助剂，以γ-Al2O3为载体，采用等体积浸渍法，制备了多组分Fe2O3-CeO2-Bi2O3/γ-Al2O3催化剂，此催化剂CWAO去除阳离子红GTL配水的反应过程中表现出了较好的催化活性。对制备的Fe2O3-CeO2-Bi2 O3/γ-Al2O3催化剂进行结构表征，此催化剂具有一个较好的比表面积，为157m2/g，催化剂的pHpzc值为7.94;XRD的表征结果表明，Ce或Bi的加入促进了α-Fe2O3的晶粒尺寸变小，分散度更好。
　　在间歇式反应装置中，开展了Fe2O3-CeO2-Bi2O3/γ-Al2O3催化剂常压下CWAO处理阳离子红GTL配水反应条件的研究。反应温度升高，阳离子红GTL配水的脱色率随之增加，当反应温度从60℃增加到80℃，阳离子红GTL配水的脱色率可从18％上升到67％;催化剂的投加量有利于阳离子红配水的脱色，当催化剂投加量1.0g/L变为2.0g/L时，阳离子红GTL配水的脱色率由29％上升到了45％;反应溶液初始pH值从酸性升高到碱性，阳离子红GTL配水的脱色率增加，当反应溶液初始pH值由4增加到9时，阳离子红GTL脱色率可从32.6％上升到65.6％。反应的活化能为79 kJ/mol。
　　分别采用叔丁醇和对苯醌作为OH·和HO2·/O2-·的猝灭剂，并用对氯苯甲酸作为OH·的指示物，考察了Fe2O3-CeO2-Bi2O3/γ-Al2O3催化剂CWAO处理阳离子红GTL自由基的产生情况，结果表明:在反应过程中产生的较多的自由基物种是HO2·/O2-·，没有OH·产生。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 湿式氧化技术

1．2．1 湿空气氧化技术发展

1．2．2 湿空气氧化技术反应机理

1．3 催化湿式氧化技术

1．3．1 催化湿式氧化技术概述

1．3．2 非均相催化剂的研究现状

1．3．3 常压条件下的CWAO研究现状

1．4 本课题研究目的及内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第2章 实验材料与方法

2．1 实验材料与仪器

2．2 催化剂的制备方法

2．3 催化剂性能评价方法

2．4 分析检测方法

2．4．1 水样色度分析方法

2．4．2 对氯苯甲酸分析方法

2．4．3 水样中金属离子浓度分析

2．5 催化剂的表征方法

2．5．1 比表面积分析

2．5．4 pHPZC分析

第3章 Fe2O3-CeO2-Bi2O3／γ-Al2O3催化剂制备及表征

3．1．1 单组分负载型催化剂的制备

3．1．2 双组分催化剂的设计

3．1．3 三组分催化剂的制备

3．2 催化剂制备条件优化

3．2．1 焙烧温度的影响

3．2．2 焙烧时长的影响

3．3 催化剂的表征

3．3．1 BET和pHPZC

3．3．2 XRD

3．3．3 XPS

3．4 本章小结

第4章 常压CWAO去除阳离子红GTL的性能研究

4．1．1 催化剂投加量的影响

4．1．2 反应温度的影响

4．1．3 溶液初始pH的影响

4．2 催化剂的稳定性

4．3 自由基的检测

4．3．1 OH·的检测

4．3．2 HO2·／O2-·的检测

4．4 本章小结

第5章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及其他研究成果

致谢