新型多金属催化剂的制备及臭氧催化氧化技术的研究

发布时间：2020-11-20 14:45

　　 随着我国石油化工行业不断发展,污染问题日益严重,国家也越来越重视环保问题。但对于有毒、有害、难降解有机污染物的处理却十分有限。传统污水处理工艺无法良好的降解此类污染物,因此新兴的污水处理技术迅猛发展。本文以γ-A12O3和陶粒为载体,过渡金属和稀土元素为活性组分,采用过量浸渍法制备催化剂并应用于污水处理中,通过非均相臭氧催化氧化技术去除水中难降解有机物。实验中选用了难降解的亚甲基蓝作为污水模型,通过改变负载金属种类,含量,浸渍时间考察了催化剂制备工艺对污水处理效果的影响。选取Mn、Cu、Ni、Fe、Cr、Zn等过渡金属以及稀土元素共同作为负载金属设计出10种不同的催化剂制备方案,得出三种活性最高的催化剂分别为:Mn-Cu-Fe-Ce/γ-Al2O3,Mn-Cu-Ni-Ce/γ-Al2O3 和 Mn-Cu-Zn-Ce/γ-Al2O3。在此基础之上更改负载金属含量,得到了三种催化剂的最佳浓度配比均为1:1:2:0.5,最佳浸渍时间为12h。在已知最佳负载金属种类及其含量后,改变焙烧时间和焙烧温度,寻找最佳焙烧工艺。得出催化剂Mn-Cu-Fe-Ce/γ-A1203的最佳制备工艺为450℃焙烧 3.5 h。Mn-Cu-Ni-Ce/γ-Al2O3 和 Mn-Cu-Zn-Ce/γ-Al2O3 的最佳焙烧工艺为450 ℃焙烧4 h。并用电感耦合等离子发射光谱和电子扫描显微镜分别对催化剂的实际负载含量和微观形态进行分析。分析结果与实验结果相互吻合。催化剂经多次重复使用后,其活性并未降低。同时对臭氧催化氧化机理进行初步探究,发现加入羟基自由基抑制剂如碳酸盐后,亚甲基蓝的去除率明显降低,说明羟基自由基在该反应中起主导作用。更换陶粒为载体制备催化剂,其活性低于以γ-A12O3为载体。根据前期实验条件,对臭氧催化氧化反应器内流体力学进行模拟研究。选取与实验条件相同的鼓泡塔,高180cm,直径50mm,亚甲基蓝污水与臭氧顺流从底部通入塔内。进水速度4 L/h,臭氧投加量为150 mg/L,用FLUETN软件,对鼓泡塔内气液两相数值进行模拟,分别考察塔内不同高度处气液分布情况。模拟结果显示,在塔中部气液混合效果最好,而在气液的进口段和过渡段,气液混合效果不佳。通过对反应器内的流体进行分析,为该工艺日后工业化的应用提供理论指导依据。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703;O643.36
【部分图文】：

该现象进行解释即在该反应中起到主要作用的是配位络合，催化剂吸附有机物，催化??剂表面上的氧化剂（臭氧，＾ＯＨ或催化剂表面上的金属氧化物）氧化大分子有机物。??具体反应过程见图１－２：??０，或？?０Ｈ?１??深液中的?％??ｈ２〇－＾／?＼??ＭｃＲ?Ｍ＊Ａ??吸附有机?〇３或．ｏｈ??物的氧化??ＭｃＰ?—＾?ｉ?．．．．．．Ｈ?．??Ｐ?？深液中的氧化反应??０减?＊０Ｈ??图１－２非均相络合机理??Ｆｉｇ．１－２?Ｎｏｎ－ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ?ｃｏｍｐｌｅｘ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．??７??

？＼?ＳＳ??ｔ?Ｈｊ〇??图１－１非均相自由基反应机理??Ｆｉｇ．１－１?Ｎｏｎ－ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ?ｒａｄｉｃａｌ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．??？ＯＨ具有以下特点［４（）］：?（１＞０Ｈ氧化性强于臭氧；（２）＊０Ｈ反应速率常数为??１０６－１０礼．１１１〇１＇＾高于臭氧，与之反应的有机物种类也多余臭氧，并且物选择性；（３）??反应过程中能耗低，与臭氧相比更加节能；（４）可以引发链反应；（５）该反应造成的??二次污染少［４１］。??该机理为当前人们最认可的一种，但是随着研宄的增多，自由基机理无法解释某??些研宄结果。如丁〇叩［４２］在研宄中发现，Ｍｎ０２的形态对臭氧分解产生羟基有促进的作??用。但是Ｍｎ０２催化剂臭氧催化氧化磺基水杨酸的研宄中发现，磺基水杨酸的降解率??与未加入Ｍｎ０２作为催化剂的效果差别不大。因此众多学者提出了另外一种机理，对??该现象进行解释即在该反应中起到主要作用的是配位络合，催化剂吸附有机物，催化??剂表面上的氧化剂（臭氧

为优化的催化剂制备条件后。??２．４实验流程设计??如图２－１所示，为实验流程图。实验所用臭氧经氧气钢瓶通入臭氧发生器制得，??后接入三通分别连接转子流量计，可观察气体流量，以及臭氧浓度仪，方便实验人员??观测臭氧浓度。最后进入反应体系中。反应体系为有机玻璃柱状鼓泡塔，其底部为曝??气头使通入的臭氧可以更加均匀分布。通过蠕动泵将实验废水，从有机玻璃柱的底部??通入。改变蠕动泵的转数，可以改变上水速度。在测量污水处理前后ＣＯＤ值的实验??中，将自制催化剂装入２Ｌ的有机玻璃柱反应器内。臭氧和废水顺流流入装有催化剂??的玻璃柱内，上水速度为４?Ｌ／ｈ，处理过的废水经塔顶上部排出收集，废气进入尾气??吸收仪。调节臭氧浓度为?５０?ｍｇ／Ｌ，１００?ｍｇ／Ｌ，］５０?ｍｇ／Ｌ，２００?ｍｇ／Ｌ?以及?２５０?ｍｇ／Ｌ，待?３０??１６??
【参考文献】

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本文编号：2891572