催化超声去除水样残留过氧化氢的条件和动力学探究

发布时间：2020-07-22 17:48

【摘要】：以重铬酸钾法测定高级氧化法,如芬顿法、臭氧+过氧化氢法深度处理后的出水COD时,水样中残留的H_2O_2可与重铬酸钾发生氧化还原反应,使COD测定的结果偏高或混淆滴定终点。本文是在课题组前期超声处理实际印染废水二级处理出水的可行性研究成果的基础上,以COD的标准物质邻苯二甲酸氢钾配制模拟水样,采用碳酸钠或碳酸氢钠作为催化剂,超声作用作为测定COD去除H_2O_2干扰的预处理方法,研究其去除效果以及作用机理。本文考察了H_2O_2对COD测定产生的影响,结果低浓度的H_2O_2与COD之间呈现良好的线性关系,拟合直线的斜率为14.8 mg COD/mmol H_2O_2,COD当量值与H_2O_2浓度的比率为0.435。验证了H_2O_2残留对COD测定的影响。而由于H_2O_2与重铬酸钾发生系列复杂反应,在小于3mM时,其线性较差,并且反应历程与水样中的基质有关。因此,采用经验公式法扣除水样中的H_2O_2对COD的贡献值导致误差较大。在测定COD前采用预处理的方式去除H_2O_2更有效准确。采用39KHz、150W的低频、低功率超声波协同碳酸钠分解模拟水样中残留的H_2O_2,结果发现反应120min后,单独超声或者单独碳酸钠作用下,H_2O_2的去除率分别为38%和4%,而在超声与碳酸钠的协同作用下,反应80min后,H_2O_2的去除率就达到了98%。通过COD、TOC和高效液相色谱分析发现,整个反应过程中,邻苯二甲酸氢钾浓度没有发生变化,验证了本课题选择邻苯二甲酸氢钾配制模拟水样,进行COD测定预处理方法反应机理研究的可行性。通过恒温水浴、超声控温的试验,分析了超声作用中的“热效应”和“空化效应”对H_2O_2分解的贡献。结果表明,“热效应”起到主要作用。在反应60min时,即反应温度达到稳定的情况下,超声“热效应”对H_2O_2分解的贡献率为85%,“空化效应”的贡献率为15%。分别选择碳酸钠、碳酸氢钠、过硫酸钠、硫酸钠作为催化剂,考察了在超声作用下的H_2O_2去除率。结果表明,反应120min后,碳酸钠、碳酸氢钠、过硫酸钠能有效去除H_2O_2,而硫酸钠无催化作用。过硫酸钠虽然能得到类似于碳酸钠的H_2O_2高效去除效果,但过硫酸钠与COD测定的重铬酸钾反应,导致初始COD偏高,并在反应过程中由于硫酸根自由基的强氧化性,将有机物邻苯二甲酸氢钾分解,使反应结束后的模拟水样COD偏低。碳酸氢钠类似于碳酸钠,能与H_2O_2和羟基自由基反应生成碳酸氢根离子和碳酸根自由基,参与H_2O_2的分解反应,但H_2O_2的分解效果不如碳酸钠。考察不同碳酸钠投加量后发现,随着投加量从1g/L增加到5g/L,H_2O_2的分解效果也随着增加,且反应60min后达到近98%的去除效率。但投加量超过5g/L后,60min前的分解过程中,相较于5g/L,分解速率没有明显提升,60min后的去除率也为98%左右,说明高于5g/L的碳酸钠对于5mM H_2O_2分解为过量反应。通过反应动力学模拟得到碳酸钠的投加量存在一个饱和点,在本试验的超声和初始H_2O_2浓度的条件下,碳酸钠的投加量饱和点为5.4g/L。考察不同浓度碳酸氢钠投加量后发现,随着投加量从1g/L增加到20g/L,H_2O_2的分解效果都随之逐渐增加,在20g/L的条件下,60min后达到96%的去除率。相较于碳酸根,碳酸氢根参与的H_2O_2分解催化反应过程中,无过氧碳酸根离子产生,从而减弱其催化效果。综上所述,本文通过超声作用中的“热效应”、“空化效应”分析、碳酸钠和碳酸氢钠作为催化剂的反应历程分析,明确了超声+碳酸钠分解水样中残留的H_2O_2的反应机理。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

图 1-1 空化气泡Fig.1-1 Diagrammatic sketch of影响超声波空化作用的因素主要溶（1）溶液的性质：由于溶液中的溶剂能对空化崩塌产生巨大影响，声化学变过程带来新的、显著的变化[30]。在这些非常规的价值。它具有粘度，蒸汽压力和阶段相关：压力增加，扩散和气泡生长[压力可以作为将声纳化学分成初级和次有助于气泡达到合适的尺寸并稳定，即使强度降低。当使用高蒸汽压、低粘度和低成；但是，使用具有相反性质（即低蒸利于空化强度[32]。为了形成气泡，必须度的溶剂，通常有较高的空化阈值，但

所示，H2O2含量在0-6

图 2-1 钛盐光度法测定 H2O2标准曲线-1 Determination of hydrogen peroxide standard curve by titanium salt photo3）TOC 的测定OC: 燃烧氧化-非分散红外吸收法。总有机碳（TOC）是通过专门的分析仪来测定。TOC 分析仪，是将水溶液中的总有机碳氧化为二氧定其含量。利用二氧化碳与总有机碳之间碳含量的对应关系，从而有机碳进行定量测定。仪器按工作原理的不同可以分为电导法、气烧氧化-非分散红外吸收法等。其中燃烧氧化-非分散红外吸收法只转化，就可以直接得到试验结果，而且此方法的灵敏度较高、重现单。烧氧化-非分散红外吸收法按照其测定原理的不同又可分为差减法。本试验测定使用直接法来测定水样的 TOC 值，将待测水样先经使水样中的各种无机碳酸盐通过分解成二氧化碳而去除掉，然后将燃烧管，就可直接得到总有机碳值。但是，此方法在酸化过程中有

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本文编号：2766142