降解酚醛树脂废水的催化湿式氧化（CWAO）系统研究

发布时间：2020-05-12 23:39

【摘要】： 湿式氧化技术是在高温、高压条件下有效处理高浓度、有毒、有害、难降解有机工业废水的技术,但由于反应中操作条件较苛刻,且设备投资和操作费用较高,使湿式氧化技术的广泛应用受到了限制。催化湿式氧化技术(CWAO)能够降低反应温度和压力,缩短反应时间,提高氧化效率,因此受到广泛重视,其中高效、稳定非均相催化剂及适用反应器的研究已成为催化湿式氧化技术的研究热点,是湿式氧化技术应用的关键。作为一种新型材料,陶瓷-活性炭材料复合了陶瓷材料(例如强度高,三维孔道结构等)和炭材料(例如可调的表面特性等)的优点,这种材料具有耐磨损、高抗压强度、低压降和良好的结构特性,可以降低压降和减少对催化剂的堵塞,提高反应速率。 本文的目的是制备陶瓷-活性炭球并将其做为催化湿式氧化催化剂的载体,负载贵金属Ru,对酚醛树脂废水进行降解反应,考察催化剂的活性与稳定性。同时研究湿式氧化主要操作工艺条件(反应温度、压力、停留时间及pH)以及反应器工艺流程对催化剂性能的影响。 以多孔陶瓷球为骨架,将酚醛树脂溶液经过浸渍工艺渗入多孔陶瓷球内,然后将多孔陶瓷内的树脂经过固化工艺、炭化工艺、活化工艺和清洗工艺的处理,得到陶瓷-活性炭球。在优化条件下,经上述工艺制备得到的陶瓷-活性炭球,炭含量为4.73%,平均中等孔半径为13264A,显气孔率为31.4%。活化后的复合材料中活性炭分布较为均匀,具有良好的吸附特性,其抗压强度为24MPa；试样(KC-120)中活性炭的比表面积为1100m2/g,平均孔径为2.51nm,孔容为0.69cm3/g,吸附等温线属于Ⅳ型吸附等温线。 对影响钌(Ru/KC)催化剂活性的制备过程,如浸渍方法、三氯化钌(RuCl3)溶液浓度和还原条件等进行了优化研究,确定了最优工艺条件,结果如下：三氯化钌(RuCl3)浸渍溶液以水做溶剂,催化活性效果优于丙酮,载体浸渍时间应维持在24h左右。钌(Ru)催化剂的最佳还原温度在350-450℃之间,还原6h。以陶瓷-活性炭球中活性炭为载体担载3wt.%Ru,制备的三组催化剂,其催化活性的顺序为：Ru/KC-120 Ru/KC-80 Ru/KC-60KC-120无催化剂。在钌(Ru)负载量为0%-3wt.%范围内,随着钌(Ru)含量的增加,Ru/KC-120催化剂的活性明显增大；负载量高于3wt.%时,催化剂的活性变化不大。氧化铈(CeO2)的掺杂,提高了活性组分钌(Ru)在表面分散性,加快了HO2·自由基的形成,使反应速率加快。 对影响催化湿式氧化降解酚醛树脂废水的操作条件,如反应温度、反应压力和pH等进行了研究,结果如下。本文确定的优化操作条件为：反应温度200℃、氧气分压1.5MPa、pH=9、反应停留时间60min,气液比为17.88。在确定的优化操作条件下,在连续式反应装置中检测Ru/CeO2/KC-120催化剂的活性与稳定性,连续运转30天,Ru/CeO2/KC-120催化剂表现良好,酚醛树脂废水的化学需氧量(COD)和苯酚的去除率一直维持在94%和98%左右。酚醛树脂废水和氧气在预混合器中加热并初步进行WAO反应,有利于提高CWAO反应效果和延长催化剂寿命。 基于填料床中填充的载体和催化剂,建立了湿式氧化和催化湿式氧化降解酚醛树脂废水的动力学模型,建立了一级两阶段反应动力学模型用以描述COD的降解速率。在温度160-240℃、氧气分压1.5MPa的反应条件下,确定了催化剂湿式氧化降解酚醛树脂废水的反应速率常数和反应活性能,此动力学模型较好的关联了实验数据,有利于催化湿式氧化工业有机废水的应用。 以缩聚法-CWAO-生化法处理工艺降解酚醛树脂废水,并在实验的基础上确定缩聚法-CWAO-生化法处理酚醛树脂废水适宜的运行指标,并对其设备成本及运行成本进行了评估。该处理工艺在处理效果和经济性上都可达到实际工业应用需求。
【图文】：

以纯氧或空气中的氧气为氧化剂，在液相中将有机污染物氧化为无机物或小分子有机物的化学过程〔8一l0j。场叭O法能有效地处理那些采用焚烧法处理浓度太低，采用生物法浓度太高或具有较大毒性的有害有机工业废水〔‘’〕，如图1.1所示。仆.门阅.afd诉时咖west撇te:treatm.成me腼南咖伽垮祠启已‘汤呀巴翁礴七面哭0准脚Cco班图1.1常用废水处理方法的应用范围 Fig.1.1Therangeofdifferentwastewatertreatmentmethods场伙O氧化有机污染物时，C被氧化为COZ，，N被氧化为NH3、NO3一、NZ，卤化物和硫化物被氧化为相应的无机卤化物和硫化物，在反应过程中没有NOx、502、HCI、CO等有害的物质产生，二次污染小，能量消耗少，并可以回收能量和有用物料，是一项有发展前景的水处理方法，它的广泛应用为处理难降解有机废水开辟了一条崭新的道路。从图1.2可以看出，近年来WAO技术己经受到了世界各国科研人员的广泛重视。----.卜 -WAOOO一一刊卜~一 CWAOOO 19921994

以纯氧或空气中的氧气为氧化剂，在液相中将有机污染物氧化为无机物或小分子有机物的化学过程〔8一l0j。场叭O法能有效地处理那些采用焚烧法处理浓度太低，采用生物法浓度太高或具有较大毒性的有害有机工业废水〔‘’〕，如图1.1所示。仆.门阅.afd诉时咖west撇te:treatm.成me腼南咖伽垮祠启已‘汤呀巴翁礴七面哭0准脚Cco班图1.1常用废水处理方法的应用范围 Fig.1.1Therangeofdifferentwastewatertreatmentmethods场伙O氧化有机污染物时，C被氧化为COZ，N被氧化为NH3、NO3一、NZ，卤化物和硫化物被氧化为相应的无机卤化物和硫化物，在反应过程中没有NOx、502、HCI、CO等有害的物质产生，二次污染小，能量消耗少，并可以回收能量和有用物料，是一项有发展前景的水处理方法，它的广泛应用为处理难降解有机废水开辟了一条崭新的道路。从图1.2可以看出，近年来WAO技术己经受到了世界各国科研人员的广泛重视。----.卜 -WAOOO一一刊卜~一 CWAOOO 19921994
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703.1

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本文编号：2661007