活性炭纤维对水中酚类有机物的催化臭氧化

发布时间：2020-09-15 18:54

　　 酚类化合物广泛存在于石油化工厂、树脂厂、焦化厂、炼油化工厂等排放的废水中,对这些含酚废水的处理日益引起人们的重视。使用固体催化剂的多相催化臭氧化技术可以有效地降解和消除这些有害污染物,具有很好的应用前景,成为研究的热点问题。活性炭的吸附工艺在水处理中得到了广泛的应用,但是活性炭在吸附过程中很容易达到饱和,需要再生,甚至更换,因此再生或更换的高成本限制了其应用的广度和深度。活性炭吸附和臭氧化的联合使用可以对水中有机物的降解提供很强的协同效应,克服单独吸附和臭氧化的各自缺点,提高处理效率。而活性炭纤维富含直接开口于表面的微孔,具有较快的吸附速率和优异的吸附性能。本文以苯酚和2,4-二氯苯酚为目标污染物,研究并比较了活性炭和活性炭纤维催化臭氧化过程中的影响因素,以及臭氧化过程对炭表面性能的影响;同时考察了活性炭和活性炭纤维对聚氧乙烯脂肪醇醚炼油废水的臭氧化降解。 研究了活性炭和活性炭纤维催化臭氧化降解苯酚和2,4-二氯苯酚的影响因素,考察了不同孔结构参数、炭的用量、初始pH值、进气流量以及初始酚浓度对处理过程的影响。虽然二次活化后活性炭和活性炭纤维的比表面积和总孔体积增加,导致其对水中酚类化合物的吸附性能明显提高,但是二次活化对于活性炭的催化臭氧化性能几乎没有影响,而对于活性炭纤维的催化性能仅有较小的提高。炭表面上的催化臭氧化反应速率较快,只有开口在外表面上、具有较快吸附速率的孔才起到了催化作用,因此,二次活化后活性炭颗粒内部的成孔几乎不起作用,而活性炭纤维的大部分成孔仍然开口在纤维外表面,使得催化性能提高。催化剂的用量和进气流量增加能够提高臭氧化的效率,但只有增加催化剂用量才能显著增加臭氧化效率,而活性炭纤维独特的孔结构使其对酚的催化臭氧化效率为活性炭的数倍。初始pH值和酚浓度对两种炭的臭氧化过程具有相同的影响:由于碱性条件下酚的解离导致其几乎不被吸附,催化臭氧化效率要小于酸性下,而且随pH值的增加而减少,但是酸性的强弱对臭氧化过程几乎没有影响;酚浓度的增加仅使降解效率略为下降,但是总的酚去除量大幅度增加。由于臭氧化过程中分解产生的中间产物难于被臭氧氧化,各种条件下的COD(化学耗氧量)去除率小于相应的酚去除率。重复使用表明活性炭和活性炭纤维在臭氧化过程中都可以有效地被原位再生,催化性能几乎没有变化。 由于表面上臭氧分解产生活性物种的影响,活性炭纤维的表面化学性质在臭氧化过程中有一些变化,臭氧化后表面的含氧官能团总量增加,其中羧基、羟基和羰基的量增加,而内酯基的量降低;pHPZC降低,表面更亲水。同时,由于臭氧化导致表面上新微孔的形成和一些孔的扩大或堵塞,活性炭纤维的比表面积和总孔体积增加,孔径分布发生变化。微孔变得更小而且数量增加,出现更多的中孔和大孔。 由于暂时硬度的Ca2+同苯酚分解中间产物结合而生成沉淀,导致苯酚和COD去除率都增加,臭氧化后活性炭纤维的比表面积和总孔体积稍微下降;而永久硬度的Ca2+与炭表面的羧基官能团结合而影响吸附,使苯酚和COD去除率都降低;由于Fe3+与苯酚的络合,降低了吸附和与活性物种的反应几率,导致臭氧化效率降低;Mn2+存在时生成具有絮凝和催化作用的胶体二氧化锰,臭氧化初始阶段的效率得到略微提高,但对最终结果几乎没有影响。Ca2+(永久硬度)、Fe3+和Mn2+都使臭氧化后活性炭纤维的比表面积和总孔体积增大,其中以永久硬度的Ca2+增加的幅度最大,Fe3+次之,Mn2+最小。 对于含有聚氧乙烯脂肪醇醚这种低聚物的实际废水的臭氧化,活性炭和活性炭纤维表现出与苯酚催化臭氧化完全不同的动力学特性。由于这些低聚物分子较大而不易被活性炭纤维吸附,活性炭的催化臭氧化效率明显高于活性炭纤维。由于pH值对吸附没有影响,碱性下OH?的催化臭氧分解导致降解效率显著提高。由于低于35°C时的温度升高导致分子运动加快和反应活化能降低,有利于臭氧化降解,当温度升高超过40°C时,由于水中臭氧溶解度的减少和臭氧分解速率的快速增加,降解速率反而减慢。
【学位单位】：中国石油大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2007
【中图分类】：X703

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 安丽，顾国维;采用活性炭纤维吸附水中三氯甲烷[J];同济大学学报(自然科学版);1996年02期

2 王祝敏,王红心;活性炭纤维填充床脱除水中苯酚及填充床的再生[J];辽宁化工;2005年02期

3 隋迎春;程显斌;;工业废水处理方法探析[J];中国集体经济(下半月);2007年05期

4 孙治荣,徐莲,胡翔;活性炭纤维深度净化饮用水的研究[J];环境科学学报;2001年S1期

5 徐咏蓝,李春喜,吕荣湖,王子镐;活性炭纤维电极法降解水中有机物的研究[J];工业水处理;2002年08期

6 熊劲芳,刘晓春,李国希;溶解氧对活性炭纤维吸附酚类化合物的影响[J];湖南大学学报(自然科学版);2004年05期

7 陆益民,梁世强;活性炭纤维化学改性的研究现状与展望[J];合成纤维工业;2004年05期

8 贺福;赵建国;;我国炭纤维工业的回顾与展望[J];新型碳材料;1996年01期

9 ;空气中ＮＯ脱除剂[J];林产化工通讯;1996年06期

10 赵广龙,张启军;活性炭纤维的性能及应用[J];聊城师范学院学报(自然科学版);1999年04期

相关会议论文 前10条

1 李建文;李常林;;活性炭纤维在环保工业中的应用及价值[A];全国经济管理院校工业技术学研究会第六届学术年会论文集[C];1997年

2 方明锋;刘宁;黄爱萍;汤丽鸳;符若文;;化学活化法制备酚醛基活性炭纤维的研究[A];中国化学会第12届反应性高分子（离子交换与吸附）学术研讨会会议论文摘要预印集（一）[C];2004年

3 何兵;崔鹏;;活性炭纤维处理精喹禾灵农药废水的研究[A];第七届全国精细化学品化学学术会议论文集[C];2004年

4 董玉明;贺爱珍;赵辉;吴丽娜;蒋平平;;MnO_x纳米结构的简便合成及催化臭氧化性能[A];中国化学会第28届学术年会第1分会场摘要集[C];2012年

5 赵辉;董玉明;贺爱珍;吴丽娜;蒋平平;;Fe_3O_4@Al_2O_3磁性核壳纳米粒子在催化臭氧化有机废水中的应用研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

6 王瑞海;耿世彬;韩旭;;活性炭纤维对低浓度污染物吸附性能的实验研究[A];第四届全国人防工程内部环境与设备研讨会论文集[C];2010年

7 贾金平;冯雪;黄加量;;活性炭纤维型固相微萃取方法对水中苯系物测定方法的研究[A];Risk Assessment of Toxic Chemicals--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];2001年

8 陈思宇;韦晓群;唐远;;活性炭纤维负载生物膜处理污水的研究[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年

9 赵波;尹琳;卢保奇;李真;邹婷婷;郑意春;;Cu-丝光沸石/臭氧催化—坡缕石联用工艺降解染料污水的初步研究[A];非金属矿物材料—环保、生态与健康研讨会论文专辑[C];2004年

10 孙同华;贾金平;王亚林;余江;;运用活性炭纤维-固相微萃取分析水中的HCB,α,β,γ-BHC[A];第二届全国环境化学学术报告会论文集[C];2004年

相关重要报纸文章 前10条

1 主持人 本报记者 姜国华　嘉宾 大连理工大学化工学院教授、博士生导师 王同华 江苏同康活性炭纤维有限公司董事长 周健;活性炭纤维 “吸毒能手”保健康[N];中国纺织报;2010年

2 张国芳;我活性炭纤维有望应用于消防领域[N];科技日报;2011年

3 张国芳;活性炭纤维有望应用消防领域[N];中国技术市场报;2011年

4 本报记者 孔凡涛;一个材料小企业的“新兴情结”[N];中国化工报;2010年

5 记者 戴恩国;特殊高效活性炭纤维纳米微孔滤芯网项目通过鉴定[N];中国冶金报;2007年

6 刘丹邋记者 张伟;森鑫研发生产出高性能环保专用活性炭纤维[N];鞍山日报　;2008年

7 刘宏;日推高效吸收VOC活性炭纤维[N];中国石化报;2003年

8 本报记者 向继贵;周健：不仅卖产品 还卖生活方式[N];中华建筑报;2010年

9 苏俊;江苏同康：“三高企业”奋力转型[N];江苏经济报;2010年

10 周茅峰;小企业 高科技 大发展[N];中国质量报;2010年

相关博士学位论文 前10条

1 曲险峰;活性炭纤维对水中酚类有机物的催化臭氧化[D];中国石油大学;2007年

2 丰惠敏;中孔活性炭纤维及其复合材料以及聚苯乙烯的降解[D];中国科学技术大学;2010年

3 傅敏;活性炭纤维改性及对焦化废水中有机物吸附作用的研究[D];重庆大学;2004年

4 郭世永;改性碳纤维降低发动机NOX排放的机理及应用研究[D];大连理工大学;2000年

5 韩严和;电增强活性炭纤维吸附水中部分有机物的研究[D];大连理工大学;2006年

6 李炳智;臭氧氧化处理含氯代硝基苯类废水机理及其强化生物降解性的研究[D];浙江大学;2010年

7 张延宗;非平衡等离子体与多孔炭材料降解染料废水的协同效应[D];中国石油大学;2008年

8 赵雷;超声强化臭氧/蜂窝陶瓷催化氧化去除水中有机物的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

9 韩静;基于可见光催化TiO_2/ACF同时脱硫脱硝的实验研究[D];华北电力大学（河北）;2009年

10 刘正乾;石墨结构碳及其载Pt催化剂强化臭氧降解水中草酸的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 宋磊;活性炭纤维吸附法精细脱除二氧化硫研究[D];四川大学;2003年

2 达时;活性炭纤维法烟气脱硫三相反应器研究[D];四川大学;2003年

3 翟会杰;活性炭纤维的吸附性能及在处理模拟焦化废水中的研究[D];重庆大学;2003年

4 陈军辉;新型炭法烟气脱硫过程动力学研究[D];四川大学;2004年

5 张宗见;ZnO/活性炭纤维复合材料的研究[D];济南大学;2011年

6 张健;新型CO_2-PSA吸附剂的研制与应用研究[D];大连理工大学;2002年

7 段小平;微波辐照再生载甲苯活性炭纤维的研究[D];西安建筑科技大学;2006年

8 陈春;活性炭纤维改性及其对铅离子的吸附研究[D];南京理工大学;2005年

9 侯一宁;高级化学氧化技术处理实验室废水的研究[D];四川大学;2005年

10 彭卫华;三维电极体系电化学脱硫试验研究[D];武汉大学;2004年

本文编号：2819337