复合催化材料制备及其在高氯电厂烟气脱硫废水处理中应用研究

发布时间：2020-05-15 12:01

【摘要】：本文针对目前高浓度氯离子废水降解效率有待提高的现状,将电化学氧化技术和氯碱工业阳极技术相结合,制备了两种新型的氯离子氧化降解催化电极材料,即活性炭负载Ru/Ti/AC催化剂和活性炭负载Ru/Ti/Co/AC催化剂,研究了两种不同电极催化材料对模拟高浓度氯离子废水的氧化降解性能,通过对制备工艺参数以及电化学降解工艺参数的优化,有效提高了氯离子氧化降解效率,并在此基础上以电厂脱硫废水为例进行了中试放大实验,并取得较好的中试效果。首先,通过硝酸浸泡加上超声波处理得到活化后的活性炭AC,并以此为载体,通过溶胶凝胶法制备得到AC负载Ru、Ti氧化物催化氧化电极材料。将此电极作为阳极,用于高浓度氯离子废水的电催化氧化降解,探索了活性炭预处理条件和Ru/Ti比、模拟废水酸碱度、电流的密度等对氯离子废水氧化降解效果的影响。通过SEM、EDS、BET对电极进行表征。研究发现,活化处理后活性炭具有更大的中孔面积,其上负载的催化材料分散更加均匀;Ru/Ti/AC阳极处理模拟废水相比于AC电极性能大大提高。最佳制备工艺参数为Ru/Ti比3:7,焙烧温度400℃,焙烧时间4h,以pH=7,Cl-浓度12000mg/L的CaCl2溶液为模拟氯离子废水,电催化氧化降解时间为120min时,可以获得83.1%氯离子去除率。由于Ru为贵金属催化材料,成本昂贵,在Ru/Ti/AC阳极材料的基础上,添加部分Co代替Ru,制备得到Ru/Ti/Co/AC复合电极,研究了电极性能。通过SEM、EDS、XRD对电极粒子进行表征。Co成功负载于催化材料中,随着Co含量增加,材料颗粒尺寸减小,当Ru:Ti:Co摩尔比为2:7:1时,Ru0.2Ti0.7Co0.1-AC氯离子降解效率大于为添加Co的Ru0.3Ti0.7-AC电极,以pH=7,Cl-浓度12000mg/L的CaCl2溶液为模拟氯离子废水,电催化氧化降解时间为120min时,达到了91.25%的氯离子去除率;通过AST加速寿命实验发现在各不同钌钛钴比催化材料样品中,Ru0.2Ti0.7Co0.1-AC在保持最高氯离子降解效率的同时,有更好的使用寿命。根据电厂脱硫废水处理外排水含有大量氯离子的水质特点,本文自行设计了一套氯离子废水处理中试装置。中试试验结果表明,在使用Ru/Ti/Co氧化物作为阳极催化材料对脱硫废水进行处理,初始脱硫废水外排水氯离子浓度12818mg/L,电化学催化降解时间120min,电流密度400mA/dm2,中试试验出水水质氯离子浓度降为978.42mg/L,去除率92.37%,达到国家一级排放标准,催化材料循环两个月更换一次,综合处理成本约1元/m2,运行成本低。通过中试也发现了本技术的缺点:用于电化学处理脱硫废水的缸式电解槽中的阳极室与阴极室之间的离子透过膜易被阻塞失效,因此在预处理阶段采取更合理的工程设计和技术方案是该项技术今后需要主要研究的主要方向。
【图文】：

但需要进一步研究现场条件下对电渗析膜易结垢的问题。逡逑Ｂｕｍｊｏｏ邋Ｋｉｍ邋等［５９】提出邋了新的（Ｉｏｎ邋Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ邋离子浓缩极化）逡逑电脱氯技术，采用多级操作，能效更高，如图１－１所示，，其中稀释和浓缩物流在逡逑膜之间生成，然后在末端通过分叉通道分开，电脱氯处理氯离子浓度高达逡逑］００，０００ｍｇ／Ｌ的模拟废水，具有高达７０％的氯去除率。逡逑ａ逦ｂ逦逦逦－ｒｍ逡逑ＣａＭＳｔｔｔｒａｔｅ逡逑０邋ｍ邋Ｄ逦－逦一逡逑．逦Ｖ邋■■■■■ｆｉｋ－＊＊＊＊＊＂＊＇＊＊＊＊＊＊邋—＇名＂■逡逑Ｃａｔｉｉｏｄｅ逦ｃａｔｈｏｄｅ逦１邋丨丨ｍ逡逑图１－１离子浓缩电渗析法示意图逡逑虽然电渗析法有很好的氯离子去除效果，但此技术目前很少工业化，还停留逡逑在实验室阶段。就目前的研究来看，电渗析技术仍然有它的局限性＿６１】：①为保逡逑证电极有良好的导电性，电吸附技术所使用的电极都很薄，制成的电极一般在逡逑ｌ－４ｍｍ左右，工业化操作不方便；②吸附材料制成电极时，吸附材料被做成一逡逑块板，总体比表面积不是很大，吸附效果不明显；③电极材料自身性能严重影响逡逑电吸附技术效果

制作方法见２．３．２，阴极为惰性电极－纯活性炭，投影面积为６ｃｍＸ３ｃｍ，逡逑电源为恒流电源，可调节范围为０Ａ－２Ａ，容器上部装有圆锥形上盖通过导管连接逡逑到装有５％ＮａＯＨ溶液的容器，收集电解过程产生气体。如图２－１所示逡逑Ｈ锥形上盖一＾导气管逡逑—逦邋｜逦—洛液逡逑＾邋怛流电＊逦＾邋二￣＂逡逑装填催化剂逡逑阳极电极、ｉ叙逡逑ｆ邋？邋Ｉ逦＿＿逦Ｌ＿＿逡逑惰性阴极逡逑２气出水口逡逑图２－１小试实验装置逡逑２．４实验内容逡逑２．４．１邋ＡＣ预处理条件分析逡逑将活性炭置于浓度为0．ｌｍｏｌ／Ｌ的ＨＮＣｈ溶液中，采用４０ｋＨｚ，邋１００Ｗ超声探逡逑１７逡逑
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ426;X773

【参考文献】

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本文编号：2664993