造纸污泥活性炭在非均相Fenton体系中的应用研究

发布时间：2017-03-31 21:04

  本文关键词：造纸污泥活性炭在非均相Fenton体系中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：染料废水的成份复杂、色度高、生物降解难度大,其处理一直是工业废水处理领域的难题。近年来,非均相Fenton技术发展迅猛,在印染废水处理领域表现出良好的应用前景。非均相Fenton技术的核心在于非均相Fenton催化剂,开发高效稳定、来源广泛、廉价的催化剂载体十分重要。造纸污泥具有来源广泛、无机成分含量高、处置困难等特点,利用其制备活性炭可作为一种潜在的非均相Fenton催化剂载体来源,同时可实现造纸污泥的资源化利用。本文提出了一种利用造纸污泥(PMS)制备活性炭载体,并合成负载型铁铜二元金属非均相Fenton催化剂,用于处理染料废水的新思路。造纸污泥经炭化活化后制备活性炭作为催化剂载体,与FeSO4·7H2O、CuSO4·7H2O进行混合焙烧制备非均相Fenton催化剂,并以合成染料亚甲基蓝模拟废水为目标污染物,系统地研究了非均相Fenton体系对亚甲基蓝模拟废水的处理性能、评价了催化剂的稳定性和初步探索了非均相Fenton反应亚甲基蓝的降解机理。文章的主要研究结论如下：1、确定了造纸污泥活性炭(SAC)的最优制备条件。造纸污泥的最佳炭化条件为在氮气保护条件下,将造纸污泥放入管式炉中800℃下热解2h制成污泥炭(SC),最佳活化条件为使用浓度5mol/L的硫酸(固液比为0.1)进行活化改性,制备的造纸污泥活性炭比表面积高达231.21m2/g,孔隙结构发达,且表面官能团丰富。利用此活性炭制备的载铁催化剂,除包含其他催化剂所共有的Fe203晶体之外,其所特有的主要物相还包括碱式硫酸铁和羟基硫酸铁,可以更好地促进羟基自由基的产生,有效拓宽了反应体系的pH范围。2、利用造纸污泥活性炭制备出性能优越的负载铁铜二元金属的非均相Fenton催化剂(SAC-Fe/Cu-500℃)。结合非均相Fenton体系对亚甲基蓝溶液的降解效果及相关的表征结果确定了催化剂的最佳制备条件为：将负载总量为20mmol且摩尔比例为9：1的FeSO4·7H2O和CuSO4·7H2O负载于2g的造纸污泥活性炭载体上,焙烧温度为500℃,焙烧时间为120min。在相同的制备条件下,负载铁铜二元金属的非均相Fenton催化剂相对于只负载单金属的催化剂,表面颗粒的粒径明显变小,分散更为均匀,并能有效促进催化剂表面α-Fe2O3晶体的生成。同时催化剂中铜氧化物含量增加,在降解过程中双金属离子可以表现出一定的协同作用。3、开展了非均相Fenton降解亚甲基蓝的性能研究。非均相Fenton体系中双金属催化剂(SAC-Fe/Cu-500℃)对亚甲基蓝的降解效果较好且用量较少；该非均相Fenton体系催化降解100mL初始浓度100mg/L的亚甲基蓝溶液的最佳条件为：催化剂的投加量为0.1g/L,H2O2的投加量为6mL/L,初始pH值为4；此条件下反应80min后,亚甲基蓝的脱色率接近100%,TOC去除率为71.14%,优化后体系的处理效果较好；反应后的含铁污泥产生量较少,催化剂具有较好的稳定性和寿命,具有较高的使用价值。4、初步探究了非均相Fenton体系降解亚甲基蓝的反应机理。反应过程中亚甲基蓝分子被破坏,反应80min后反应液在664nm处和其它几处主要吸收峰均逐渐减弱到基本消失,亚甲基蓝脱色反应基本完成,但此时溶液中的矿化率只有71.14%,说明该体系中染料的矿化滞后于脱色：非均相Fenton反应是亚甲基蓝降解的主要路径,催化剂表面金属离子溶出而导致的均相Fenton反应是亚甲基蓝降解的次要路径(占38.7%)；通过反应动力学研究表明,体系的反应速率与初始pH呈负相关,与催化剂和H202的投加量均呈正相关,其中初始pH值的影响最大,H202投加量的影响最小。
【关键词】：印染废水 造纸污泥 活性炭 非均相Fenton 亚甲基蓝
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X793
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-15
• 第一章 绪论15-30
• 1.1 课题背景15-16
• 1.2 印染废水概述16-23
• 1.2.1 印染废水的产生16-17
• 1.2.2 印染废水的特点17-18
• 1.2.3 印染废水的危害18-19
• 1.2.4 印染废水的治理技术19-23
• 1.3 非均相Fenton氧化技术的研究进展23-26
• 1.3.1 非均相Fenton技术概述23-24
• 1.3.2 非均相Fenton反应机理24
• 1.3.3 非均相Fenton技术分类24-26
• 1.4 造纸污泥的资源化利用现状26-28
• 1.4.1 造纸污泥的概述26
• 1.4.2 造纸污泥的处置26-27
• 1.4.3 造纸污泥的资源化利用27-28
• 1.5 研究内容28-30
• 第二章 实验材料与方法30-37
• 2.1 实验试剂与仪器30-31
• 2.1.1 实验试剂30
• 2.1.2 实验仪器30-31
• 2.2 污泥活性炭的制备31
• 2.3 催化剂的制备31-32
• 2.4 表征方法32
• 2.5 催化剂性能测定实验32-34
• 2.5.1 模拟印染废水32-33
• 2.5.2 实验方法33-34
• 2.6 分析方法34-37
• 2.6.1 亚甲基蓝溶液浓度的测定34-35
• 2.6.2 亚甲基蓝溶液脱色率测定方法35
• 2.6.3 亚甲基蓝溶液TOC的测定35
• 2.6.4 反应过程中溶液的UV-Vis图谱分析35
• 2.6.5 催化剂溶出金属物质的测定35-36
• 2.6.6 反应动力学分析方法36-37
• 第三章 造纸污泥活性炭的制备与表征37-46
• 3.1 造纸污泥活性炭的制备37-41
• 3.1.1 污泥炭的制备37-38
• 3.1.2 污泥炭的活化改性38-41
• 3.2 造纸污泥活性炭的表征41-45
• 3.2.1 扫描电子显微镜的分析41-42
• 3.2.2 比表面积的分析42
• 3.2.3 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析42-43
• 3.2.4 X-射线衍射(XRD)分析43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 催化剂的制备与表征46-56
• 4.1 催化剂制备条件的优化研究46-50
• 4.1.1 金属负载量对催化剂活性的影响研究46-47
• 4.1.2 焙烧温度对催化剂活性的影响研究47-48
• 4.1.3 焙烧时间对催化剂活性的影响研究48-49
• 4.1.4 双金属负载摩尔比例对催化剂活性的影响研究49-50
• 4.2 催化剂的表征50-54
• 4.2.1 扫描电子显微镜(SEM)分析50-51
• 4.2.2 比表面积分析51-52
• 4.2.3 X-射线衍射(XRD)分析52-53
• 4.2.4 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析53-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 非均相Fenton降解亚甲基蓝的性能研究56-66
• 5.1 催化剂的活性研究56-58
• 5.2 非均相Fenton体系工艺参数的优化研究58-62
• 5.2.1 催化剂投加量的影响58-59
• 5.2.2 H_2O_2投加量的影响59-61
• 5.2.3 不同初始pH值的影响61-62
• 5.3 催化剂的稳定性评价62-64
• 5.3.1 催化剂的重复使用性能62-63
• 5.3.2 反应体系中金属离子的溶出63-64
• 5.4 本章小结64-66
• 第六章 非均相Fenton降解亚甲基蓝的机理研究66-77
• 6.1 亚甲基蓝降解的UV-Vis分析66-67
• 6.2 金属离子溶出对反应的影响67-69
• 6.2.1 反应过程中溶出Fe、Cu的动态变化67-68
• 6.2.2 反应过程中均相Fenton的贡献率68-69
• 6.3 反应机理和动力学研究69-75
• 6.3.1 反应机理讨论69
• 6.3.2 反应动力学研究69-75
• 6.4 本章小结75-77
• 第七章 结论与展望77-80
• 7.1 结论77-78
• 7.2 创新点78
• 7.3 展望78-80
• 参考文献80-89
• 个人简历89
• 学习经历89
• 参加项目89
• 攻读硕士学位期间学术成果89

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