超临界Ir-Ta催化氧化降解焦化脱硫废液的研究

发布时间：2020-05-28 21:16

【摘要】：焦化脱硫废液是焦炉煤气净化过程中产生的含有大量有机物与无机盐的高浓度工业废水。其成分复杂、难降解,在焦化废水中占有很大比重,对后续工艺以及整个水处理系统的冲击较大。传统的处理工艺对焦化脱硫废液中污染物降解有一定困难。随着环境保护对焦化脱硫废液中污染物的排放提出了更严格要求,需要开发一种绿色高效的处理方法。超临界催化氧化技术作为一种新颖、高效的污染物处理技术,对高含有机物的工业废水有着很好的去除效果。本文以武钢焦化厂烟气脱硫工段产生的脱硫废液为研究对象,在总结国内外研究现状的基础上,对水质进行了分析,采用超临界催化氧化技术对焦化脱硫废液中的污染物降解进行了系统的研究。主要研究结果如下:(1)以钛板为载体,利用电化学腐蚀的方法增加载体的比表面积,再采用涂覆法将Ir-Ta活性组分负载在载体上,最后高温焙烧制备出比表面积为52.63 m2/g的Ir-Ta/Ti催化剂,通过热分析等表征研究得出最适的制备条件为:每次涂覆后在120℃烘箱内干燥10-15 min,500℃马弗炉内焙烧10 min,最后一次在500℃马弗炉内烧结1 h。(2)以蜂窝堇青石为载体,利用酸腐蚀的方法增加载体的比表面积,在对酸蚀后载体进行强化和改性后,再采用涂覆法将Ir-Ta活性组分负载在载体上,最后高温焙烧制备出比表面积为37.27 m2/g的Ir-Ta/Al Ce-Cord催化剂,通过热分析等表征研究得出最适的制备条件为:堇青石载体经过20%的乙二酸溶液酸蚀1 h后,120℃干燥2 h,500℃焙烧4 h;表面强化与改性过程选择温度120℃,干燥1 h,焙烧温度为500℃,焙烧4 h;Ir-Ta活性组分负载过程中干燥温度为120℃,每次10-15 min,焙烧温度为500℃,每次10 min,最后一次在500℃下氧化烧结1 h。(3)考察不同影响因素(催化剂、温度、压力、反应时间和过氧比)对脱硫废液中COD和氨氮去除率的影响,结果表明加入催化剂对污染物,特别是氨氮的降解有明显提高,结果可以归结于氨氮在活性组分Ir O2上的降解作用;反应温度、停留时间和过氧比的提高也会提高COD和氨氮的去除率,但反应压力对COD和氨氮去除率的影响则较小。(4)采用响应面法(RSM)优化SCWO处理脱硫废液的各项影响因素,通过中心复合设计(CCD)建立COD、氨氮去除率的二次回归模型,确定各因素之间交互作用的显著性。通过RSM对试验参数进行优化,在满足废水排放要求的前提下,尽可能选择温度较低,压力较小的反应条件,所确定的最适反应参数为温度440℃、压力24 MPa、反应时间60 s和过氧比2倍。此操作参数下,使用Ir-Ta/Ti催化剂时COD和氨氮的去除率分别高达99.89%和98.55%,使用Ir-Ta/Al Ce-Cord催化剂时COD和氨氮的去除率分别高达99.73%和98.41%,预测值和试验值之间的误差小于5%,所建模型切实可行。(5)对不同条件下脱硫废液中COD的去除进行动力学研究,在380-460℃、压力24 MPa和过氧比2倍条件下,使用Ir-Ta/Ti催化剂时的反应活化能为45.18k J/mol,指前因子为54.05 s-1;使用Ir-Ta/Al Ce-Cord催化剂时表明的反应活化能为48.11 k J/mol,指前因子为97.51 s-1;无催化剂时的反应活化能为100.59 k J/mol,指前因子为27.9×104 s-1。自制催化剂的加入能明显降低反应活化能,降低反应温度,提高反应速率。(6)利用基于密度泛函理论的量子化学软件Materials Studio对超临界催化氧化反应过程中喹啉和吡啶的转化过程进行了推测,得出了可能的降解路径,并结合GC-MS对预测进行验证。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X784

【参考文献】