光催化—催化湿式氧化处理有机染料废水的研究

发布时间：2020-07-12 05:48

【摘要】：随着现代工业的不断发展，同时产生大量有机废水，成分较为复杂，许多难降解有机污染物存在于水体中，它们毒性大，很难用常规的物化和生化方法进行处理达标排放，造成极严重的环境污染，治理水污染已成为当前我国城镇社会经济发展中迫切需要解决的重要问题，因此，寻求高效的水污染处理技术已成为当前国内外研究工作者的研究热点，高级氧化技术是当前难降解有机废水治理方向重要技术手段。本论文分别以甲基橙、酸性大红GR为模拟污染物，考察了光催化氧化技术和催化湿式氧化技术的处理效果，在此基础上构建了光催化-催化湿式氧化技术体系，以活性艳红X-3B为模拟污染物，考察了各因素的影响，得出动力学方程，同时探讨该技术协同机理，并对工业有机废水处理进行了研究。本文首先研究了光催化氧化技术处理甲基橙溶液的效果。采用水热法制备出了不同形貌的ZnO纳米阵列，以甲基橙溶液为模拟有机废水考察了它们各自在紫外光下的催化性能。并对不同形貌的ZnO形貌的生长机理进行了分析，结果发现通过控制pH、添加不同活性剂等反应条件可以调控纳米ZnO样品的形貌，得到比表面积大、催化活性高的催化剂。为了提高单一半导体在催化过程中对污染物的降解效率，分别将TiO2、CuO等与ZnO复合，可控制备纳米TiO2/ZnO，CuO/ZnO等复合催化剂，结果表明两种半导体在降解过程中发挥了协同作用，共同促进了催化剂的降解效率，其中纳米CuO/ZnO复合催化剂的催化活性最高，有效地提高了光催化氧化技术处理有机废水效果。其次，研究了催化湿式氧化技术对模拟酸性大红GR有机废水的处理效果。通过对各过渡金属催化性能的比较、复合及稀土Ce改性催化活性和催化剂稳定性研究，制备工艺的改进，采用浸渍法以γ-Al2O3为载体制备了高催化性能CuO-ZnO-CeO2/γ-Al2O3催化剂，并在常压下以该催化剂处理酸性大红GR模拟染料难降解有机废水，通过单因素及正交优化实验研究，得出处理模拟该废水最佳处理工艺条件：处理600mg/L的酸性大红GR模拟难降解有机废水（其CODCr值为396.85mg/L），反应温度70℃、反应时间2.5h、催化剂加入量为2.5g、30%H2O2加入量为0.5mL、进水pH值为4，废水CODCr去除率和脱色率分别达到86.13%和99.91%，降解效果显著。在集合光催化氧化技术和催化湿式氧化技术研究基础上，构建了光催化-催化湿式氧化新工艺体系。考察了以CuO-ZnO-CeO2/γ-Al_2O_3为催化剂对活性艳红X-3B模拟有机染料废水处理工艺条件，并通过响应曲面法优化工艺，得出最佳工艺条件为：反应温度54℃，反应时间2.7h，催化剂投加量2.6g，H_2O_2投加量0.62mL，pH值3.4。此时脱色率可达99.33%。采用ELKM动力学模型进行分析，结合实验分析结果，对光催化-催化湿式氧化降解活性艳红X-3B进行了动力学研究，发现符合伪一级动力学模型；反应动力学表观速率常数随温度升高有所增加，且与反应温度关系符合Arrhenius方程，表观活化能为32.79kJ/mol，表观动力学方程为：利用UV-Vis、IR和GC-MS等检测手段分析光催化-催化湿式氧化工艺处理染料活性艳红X-3B中间产物进行分析，推测其降解路径，并由此推断光催化-催化湿式氧化工艺处理有机染料废水降解机理和协同效应，符合自由基机理，羟基自由基起主要作用。最后，比较光催化-催化湿式氧化工艺和催化湿式氧化工艺处理实际工业有机废水处理效果，结果表明，光催化-催化湿式氧化工艺所要求温度更低和双氧水投加量更少，处理效率更佳，降低了能耗、物耗，为环境友好的处理工艺。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【图文】：

机理,光催化降解

ZnO的光催化降解机理Fig.1.2ThephotocatalysismechanismofZnO

载流子,半导体,光照,氧化性

图 1.3 受光照时半导体内载流子的变化 The semiconductor illumination changes by carriers under i中，ZnO 作为催化剂，表面被高于隙能的光子穴（h+），空穴（h+）具有较强的氧化性，水分[31]

水热法制备,固相法

图 1.5 水热法制备的 ZnO SEM 图Fig.1.5 The SEM images of ZnO prepared by hythermal method1.3.3.3 固相法固相法也是制备纳米 ZnO 光催化剂的一种重要方法。该方法主要采用Zn(NO)·6HO、NaCO等为原料，加入分散剂（如 CHNaOS）在一定温度

【参考文献】