活性炭负载纳米零价铁诱发芬顿反应降解甲基橙的研究
本文关键词: 活性炭 纳米零价铁 芬顿 效能 机制 出处:《哈尔滨工业大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:非均相Fenton氧化技术具有H_2O_2利用率高、p H适用范围广和催化剂可再生等优势,一直是难降解有机废水领域的研究热点。随着纳米技术的发展,基于纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,nZVI)的非均相Fenton技术受到了广泛关注。但是nZVI的胶体性质决定了它易因团簇而降低活性,因此人们开始研究nZVI的固定化和其催化性能。本研究通过对活性炭负载纳米零价铁制备非均相Fenton催化剂,建立nZVI活性炭/H_2O_2非均相Fenton体系,以典型的偶氮染料甲基橙为目标污染物进行研究,探讨体系处理难降解有机物的可行性和有效性。本文通过对活性炭酸碱改性、负载次数进行优选,得到优选的nZVI活性炭制备条件,并对成品进行表征;其后,考察了优选所得nZVI活性炭对甲基橙降解效能的影响因素以及强化手段,并探讨了体系的作用机制。通过研究发现,以酸洗活性炭为载体,碳热法负载一次所得nZVI活性炭的载铁量较高,载铁稳定性及循环利用效果最佳。载铁后,活性炭密度未发生明显变化,比表面积略有增加。活性炭所载铁颗粒为纳米级零价铁,平均粒径为38.25 nm。对甲基橙进行实验,结果表明甲基橙初始浓度为15 mg/L时最佳实验条件为:初始pH为3,nZVI活性炭投加量为3 g/L,过氧化氢用量为11.76mmol/L,反应210 min后去除率达到93.78%。EDTA的投加可以强化非均相Fenton体系。在pH=7条件下投加100 mg/L EDTA时,可使甲基橙的去除率提升10.55%。不同体系去除甲基橙的结果表明,将nZVI负载于活性炭上能显著提高甲基橙的去除效果。nZVI活性炭/H_2O_2体系属于非均相Fenton反应,其作用机制包括两个方面:一是活性炭的吸附作用,二是nZVI诱发的Fenton氧化作用,二者协同作用,提高了单独作用的效能。活性炭对甲基橙的动态吸附过程符合Freundlich模型,其吸附行为以多层吸附为主,吸附过程符合准二级动力学方程,内扩散和膜扩散是吸附速率的控制步骤。nZVI活性炭催化分解H_2O_2的研究表明,H_2O_2浓度、nZVI活性炭投加量、初始pH均会影响分解速率,通过动力学分析可知其对于[nZVI活性炭]和[H_2O_2]满足二级反应动力学,速率常数k=0.202 3 g/(L·min)。
[Abstract]:Heterogeneous Fenton oxidation technology has the advantages of high utilization ratio of H _ S _ 2O _ 2 and wide application range of H _ 2O _ 2 and regeneration of catalyst. With the development of nanotechnology, nanoscale zero-valent iron is based on nanoscale nanoscale. The heterogeneous Fenton technology of nZVI has attracted much attention, but the colloidal properties of nZVI make it easy to degrade its activity due to the cluster. Therefore, people began to study the immobilization of nZVI and its catalytic performance. In this study, heterogeneous Fenton catalysts were prepared by nano-zero-valent iron supported on activated carbon. The heterogeneous Fenton system of nZVI activated carbon / H _ 2O _ 2 was established and the typical azo dye methyl orange was used as the target pollutant. The feasibility and effectiveness of the system in treating refractory organics were discussed. In this paper, the preparation conditions of nZVI activated carbon were obtained by modifying the acid-base of activated carbon and the times of loading, and the finished product was characterized. After that, the factors affecting the degradation efficiency of methyl orange were investigated and the mechanism of the system was discussed. It was found that the acid-pickled activated carbon was used as the carrier. The results showed that the nZVI activated carbon loaded by carbothermal method had higher iron load, and the stability of iron loading and recycling efficiency were the best. After loading iron, the density of activated carbon did not change obviously. The specific surface area was slightly increased. The iron particles contained in activated carbon were nano-scale zero-valent iron with an average particle size of 38.25 nm. The experiments were carried out on methyl orange. The results show that the optimum experimental conditions for the initial concentration of methyl orange are as follows: the initial pH is 3nZVI activated carbon dosage is 3 g / L. The amount of hydrogen peroxide was 11.76 mmol / L. The removal rate reached 93.78% after 210 min reaction. The heterogeneous Fenton system could be strengthened with the addition of 93.78% EDTA. When 100 mg/L EDTA was added to the system under the condition of pH=7. The removal rate of methyl orange was increased by 10.55%. The results of different systems showed that the removal rate of methyl orange could be increased by 10.55%. Loading nZVI on activated carbon can significantly improve the removal efficiency of methyl orange. NZVI activated carbon / H _ 2O _ 2 system belongs to heterogeneous Fenton reaction. The mechanism includes two aspects: one is the adsorption of activated carbon, the other is the Fenton oxidation induced by nZVI. The dynamic adsorption process of activated carbon to methyl orange accords with the Freundlich model, the adsorption behavior is mainly multi-layer adsorption, and the adsorption process accords with the quasi-second-order kinetic equation. Internal diffusion and membrane diffusion are the control steps of adsorption rate. The study on the catalytic decomposition of H _ 2O _ 2 by using nZVI activated carbon showed that the concentration of H _ 2O _ 2 was increased. The initial pH will affect the decomposition rate, and the kinetic analysis shows that the initial pH can affect the decomposition rate. [NZVI activated carbon and. [H _ 2O _ 2 satisfies the second-order reaction kinetics with a rate constant of 0.202 3 g / L 路min ~ (-1).
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X703
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 田龙;邵承斌;胡玲玲;;单扫描示波极谱法测定废水中铬和甲基橙[J];重庆工商大学学报(自然科学版);2007年03期
2 金丹萍;孙海波;薛建军;曹志斌;;氯化物介质中甲基橙的电降解行为研究[J];水处理技术;2008年03期
3 顾微;黄洁;;超声波对甲基橙的降解性能研究[J];广东化工;2009年07期
4 储金宇;樊迪;;自由基降解甲基橙溶液试验[J];江苏大学学报(自然科学版);2010年04期
5 梁山景;程建萍;陈长琦;;功率超声处理甲基橙废水的实验研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2010年10期
6 王玲;王宇;王红霞;;Au/Fe_3O_4-H_2O_2体系降解甲基橙[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2012年05期
7 冯国随;;氯化氢中游离氯的测定——以溴化钾甲基橙的酸性溶液作氯化氢的吸收液[J];氯碱工业;1989年02期
8 陈楚良;沈东;殷芬;;甲基橙简易法测定水中的余氯[J];上海环境科学;1990年01期
9 黄雅玲;周羚;罗双;曾志文;喻鹏;;秸秆模板法制备多孔纳米二氧化钛及降解甲基橙研究[J];河南化工;2013年17期
10 闫鹤,于秀娟,杨莹;阴极材料对甲基橙电化学脱色影响的研究[J];哈尔滨理工大学学报;2004年05期
相关会议论文 前10条
1 段丽杰;张道斌;张铭;周晶;张朝漾;张晖;;超声强化臭氧氧化甲基橙的脱色研究[A];第二届全国环境化学学术报告会论文集[C];2004年
2 孙海波;薛建军;童鹏;;甲基橙超声催化降解的试验研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年
3 陈天文;郑远辉;陈国南;;液相色谱-离子阱质谱分析甲基橙及其降解产物[A];中国化学会第十四届有机分析及生物分析学术研讨会会议论文摘要集[C];2007年
4 史海辉;李旦振;何运慧;叶冬;李文娟;付贤智;;多孔硅在无光照和碱性条件下对甲基橙脱色及其反应机理[A];第五届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2007年
5 李元豪;沈翔;;氮掺杂纳米二氧化钛光催化降解甲基橙染料废水[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2010年
6 李继森;徐秀峰;潘燕飞;管仁贵;索掌怀;;双阳离子表面活性剂交联蒙脱土对甲基橙的吸附研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
7 隋吴彬;郑经堂;;大孔炭负载二氧化钛复合催化剂降解甲基橙性能研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
8 周惠;杨丽珍;;过渡金属离子掺杂对纳米二氧化钛降解甲基橙的影响[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
9 暴雅娴;华兆哲;陈坚;邹路易;;Fenton氧化法处理含甲基橙染料模拟废水的条件研究[A];中国环境保护优秀论文集(2005)(上册)[C];2005年
10 何宁;庄惠生;;同多酸盐Na_4W_(10)O_(32)光催化降解模拟甲基橙染料废水的研究[A];第三届全国环境化学学术大会论文集[C];2005年
相关博士学位论文 前6条
1 刘作华;微波促进含铬矿物催化氧化甲基橙的研究[D];重庆大学;2005年
2 彭新晶;稀土掺杂氧化铋可见光响应催化剂制备及性能研究[D];吉林大学;2013年
3 巩建英;辉光放电等离子体技术处理难降解有机污染物及机理研究[D];上海交通大学;2008年
4 孙旭辉;可见光响应光催化剂Bi_(20)TiO_(32)的制备及分解水中有机物效能与机理[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 牛萍;二氧化钛—多金属氧酸盐纳米复合膜组装及光催化性能研究[D];山东大学;2012年
6 李强;壳聚糖/TiO_2复合吸附剂的制备及吸附特性研究[D];北京化工大学;2007年
相关硕士学位论文 前10条
1 王昭新;壳聚糖胍盐的制备及其在水处理中的应用[D];华南理工大学;2015年
2 张海洋;过渡金属掺杂氧化锌的制备及光催化降解性能[D];南京林业大学;2015年
3 姜双双;磁性活性炭纳米复合材料的制备及其性能研究[D];内蒙古师范大学;2015年
4 邹帅;CdS和TiO_2半导体光催化材料的改性及其光催化性能研究[D];湖南师范大学;2015年
5 赵祥;SnIn_4S_8的制备和负载及其光催化降解甲基橙的研究[D];南昌航空大学;2015年
6 庄敏;TiO_2纳米晶及其复合结构的制备与表征[D];浙江工业大学;2015年
7 李燕;改性介孔二氧化钛的制备及其在环境污染治理中的应用[D];大连工业大学;2015年
8 夏慧莹;ZnO基双组分复合光催化剂的制备、表征及性能研究[D];河北工程大学;2015年
9 师淑婷;水力空化联合二氧化氯降解甲基橙研究[D];中北大学;2016年
10 宋萌;低温等离子体处理甲基橙染料废水试验研究[D];河北工程大学;2016年
,本文编号:1460837
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/1460837.html