高效催化湿式氧化法处理甲醛废水催化剂的研究
发布时间：2020-08-04 13:41
【摘要】：甲醛是一种具有广泛用途的化工原料,但在其生产和利用过程中会产生大量含甲醛的废水,甲醛的存在不仅破坏水体生态环境,而且危害人类健康。与广泛应用的生物法相比,催化湿式氧化剂技术可更有效去除废水中的甲醛,但现有较为有效的催化剂贵金属含量高,且催化性能仍需进一步提升。故本论文的研究目标是研制出贵金属含量低、催化活性好、稳定性好的催化湿式氧化无害化处理甲醛废水的催化剂,主要研究结果如下:1、在所研究的TiO2、CeO2和R-MnO2(棒状MnO2)三种载体中,R-MnO2为负载型Pt催化剂的最优载体。Pt/R-MnO2催化剂具有优良的催化湿式氧化甲醛催化活性,即使在50℃的低温,Pt/R-MnO2(Pt的负载量可低至0.1%)催化剂也能脱除82.3%的甲醛,而在相同条件下,Pt/TiO2和Pt/CeO2催化剂的甲醛脱除率分别仅为11.0和35.4%。XRD、H2-TPR和XPS表征结果表明,良好的金属分散性和氧化还原特性是Pt/MnO2催化剂具有优良催化性能的主要原因。结果还表明,反应过程中体系pH值的降低会导致活性金属的流失。2、在结果1的基础上,进一步探究了 MnO2形貌对Pt/MnO2催化剂催化湿式氧化无害化处理甲醛废水催化性能的影响。与Pt/R-MnO2和Pt/S-MnO2(片状)相比,Pt/C-MnO2(蚕丝状)催化剂具有更高的催化活性和稳定性。Pt/C-MnO2初始甲醛脱除率为88.1%,连续反应4次后仍高达80.8%。而在相同条件下,Pt/R-MnO2和Pt/S-MnO2的甲醛脱除率则分别由最初的82.2和82.4%降低至最终的16.3和35.6%。TEM和分散度测定结果表明,Pt/C-MnO2催化剂的Pt具有更好的分散性。XPS和O2-TPD结果表明,Pt/C-MnO2催化剂具有更丰富的表面氧物种。H2-TPR结果表明,Pt/C-MnO2催化剂具有更低的还原温度和更强的氧化能力。反应前后催化剂的ICP表征结果表明,Pt/C-MnO2催化剂具有更好的抗流失性能。高的分散度、丰富的表面氧物种、强的氧化能力和良好的抗流失性能是Pt/C-MnO2催化剂具有优良催化性能的主要原因。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;X78
【图文】：
图２．１催化湿式氧化甲醛的反应装置示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｄｅｖｉｃｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃａｔａｌｙｓｔ邋ｗｅｔ邋ａｉｒ邋ｏｘｉｄａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ逡逑图２．１为评价催化剂的装置示意图，数字１－１１分别为：１．氧气阀；２．取样逡逑阀；３．温控仪；４．压力表；５．搅拌器；６．反应爸；７．恒温箱；８．催化剂；９．氧气逡逑瓶；１０．氮气瓶；１］．温控装置。逡逑２．２．２催化剂性能评价逡逑催化剂评价过程为：向反应釜中先加入０．２邋ｇ催化剂，再加入４０邋ｍＬ预先配逡逑好的甲醛模拟反应液（８００邋ｐｐｍ），拧紧，充入０．５邋ＭＰａ氮气，缓慢排空，连续上逡逑述操作四次，确保釜内空气完全被氮气置换，调转速至７００邋ｒｐｍ，设定反应温度逡逑以及时间，待到温度升至实验所需的温度时，缓慢排空氮气，冲入一定压力的氧逡逑气。待到达设定反应时间后，将反应釜放入冰水中，快速冷却至室温。反应结束逡逑后，对反应后的样品液进行ＴＯＣ和乙酰丙酮分光光度法测定，再进行转化率分逡逑析。固体催化剂进行洗涤、过滤得到，再通过鼓风干燥箱进行干燥。逡逑注：本论文中
图２．２甲醛溶液的标准曲线逡逑Ｆｉｇ．邋２邋２邋Ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ逡逑二乘法计算其回归方程式为：逡逑ｙ邋＝邋０．０１０６ｘ＋０．０１４４逦Ｒ２＝邋０．９９９７逡逑中校准吸光度ｙ为溶液测得的吸光度Ａ值扣除零浓度的样品的吸光
Ｆｉｇ．邋３．４邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｏｆ邋Ｐｔ－Ｒｏｄ－ｌｉｋｅ－Ｍｎ０２邋ｃａｔａｌｙｓｔｓ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋Ｐｔ邋ｌｏａｄｉｎｇ逡逑３．３．５不同载体负载０．１％邋Ｐｔ催化剂的Ｈ２－ＴＰＲ逡逑图３．５为三种载体负载０．１邋％邋Ｐｔ的Ｈ２－ＴＰＲ结果，通过Ｈ２－ＴＰＲ的还原峰的逡逑温度可以比较不同催化剂的氧化还原能力之间的差异。从结果可以看出，Ｍｎ０２逡逑作为载体时，负载０．１邋％邋Ｐｔ之后的催化剂在较低温度（２８５邋°Ｃ）有个低温还原峰，逡逑且峰面积远大于高温区还原峰的峰面积，这说明０．１％Ｐｔ－Ｒｏｄ－ｌｉｋｅ－ＭｎＯ２相比于逡逑０．１％Ｐｔ－ＣｅＯ２、０．１％Ｐｔ－ＴｉＯ２催化剂，其表面更容易被还原，氧化还原能力更强，逡逑这与催化剂在催化降解甲醛废水时表现出的活性数据是一致的。而当Ｃｅ０２、Ｔｉ０２逡逑作为载体负载０．１邋％邋Ｐｔ时，氧化还原峰的位置均出现在高温区（４５０邋°Ｃ左右），逡逑表明这两种催化剂的表面物种较难被还原，氧化能力也较弱，在氧化甲醛的实验逡逑中，这两种催化剂的活性和稳定性都相对较差。逡逑２７逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;X78
【图文】：
图２．１催化湿式氧化甲醛的反应装置示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｄｅｖｉｃｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃａｔａｌｙｓｔ邋ｗｅｔ邋ａｉｒ邋ｏｘｉｄａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ逡逑图２．１为评价催化剂的装置示意图，数字１－１１分别为：１．氧气阀；２．取样逡逑阀；３．温控仪；４．压力表；５．搅拌器；６．反应爸；７．恒温箱；８．催化剂；９．氧气逡逑瓶；１０．氮气瓶；１］．温控装置。逡逑２．２．２催化剂性能评价逡逑催化剂评价过程为：向反应釜中先加入０．２邋ｇ催化剂，再加入４０邋ｍＬ预先配逡逑好的甲醛模拟反应液（８００邋ｐｐｍ），拧紧，充入０．５邋ＭＰａ氮气，缓慢排空，连续上逡逑述操作四次，确保釜内空气完全被氮气置换，调转速至７００邋ｒｐｍ，设定反应温度逡逑以及时间，待到温度升至实验所需的温度时，缓慢排空氮气，冲入一定压力的氧逡逑气。待到达设定反应时间后，将反应釜放入冰水中，快速冷却至室温。反应结束逡逑后，对反应后的样品液进行ＴＯＣ和乙酰丙酮分光光度法测定，再进行转化率分逡逑析。固体催化剂进行洗涤、过滤得到，再通过鼓风干燥箱进行干燥。逡逑注：本论文中
图２．２甲醛溶液的标准曲线逡逑Ｆｉｇ．邋２邋２邋Ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ逡逑二乘法计算其回归方程式为：逡逑ｙ邋＝邋０．０１０６ｘ＋０．０１４４逦Ｒ２＝邋０．９９９７逡逑中校准吸光度ｙ为溶液测得的吸光度Ａ值扣除零浓度的样品的吸光
Ｆｉｇ．邋３．４邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｏｆ邋Ｐｔ－Ｒｏｄ－ｌｉｋｅ－Ｍｎ０２邋ｃａｔａｌｙｓｔｓ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋Ｐｔ邋ｌｏａｄｉｎｇ逡逑３．３．５不同载体负载０．１％邋Ｐｔ催化剂的Ｈ２－ＴＰＲ逡逑图３．５为三种载体负载０．１邋％邋Ｐｔ的Ｈ２－ＴＰＲ结果，通过Ｈ２－ＴＰＲ的还原峰的逡逑温度可以比较不同催化剂的氧化还原能力之间的差异。从结果可以看出，Ｍｎ０２逡逑作为载体时，负载０．１邋％邋Ｐｔ之后的催化剂在较低温度（２８５邋°Ｃ）有个低温还原峰，逡逑且峰面积远大于高温区还原峰的峰面积，这说明０．１％Ｐｔ－Ｒｏｄ－ｌｉｋｅ－ＭｎＯ２相比于逡逑０．１％Ｐｔ－ＣｅＯ２、０．１％Ｐｔ－ＴｉＯ２催化剂，其表面更容易被还原，氧化还原能力更强，逡逑这与催化剂在催化降解甲醛废水时表现出的活性数据是一致的。而当Ｃｅ０２、Ｔｉ０２逡逑作为载体负载０．１邋％邋Ｐｔ时，氧化还原峰的位置均出现在高温区（４５０邋°Ｃ左右），逡逑表明这两种催化剂的表面物种较难被还原，氧化能力也较弱，在氧化甲醛的实验逡逑中，这两种催化剂的活性和稳定性都相对较差。逡逑２７逡逑
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 梅凡民;傅成诚;杨青莉;周亮;;活性炭表面酸性含氧官能团对吸附甲醛的影响[J];环境污染与防治;2010年03期
2 赵亚娟;陈睿;刘阳生;栾胜基;;负载无机铵盐改性活性炭纤维对甲醛去除能力的影响[J];环境科学学报;2010年03期
3 郝玉翠;康天放;刘桐s
本文编号：2780621
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