过渡金属羟基氧化物催化臭氧氧化水中痕量pCNB的研究
发布时间：2021-01-28 11:23
传统的水处理工艺对水中的痕量有害有机污染物去除甚微,且这些有机物的在后续消毒过程中会引起消毒副产物的产生。化学氧化法是去除水中有机污染物的理想途径,但一般的氧化剂很难高效的氧化去除水中痕量的有机污染物。金属羟基氧化物催化臭氧氧化技术是强化臭氧氧化去除水中痕量有机污染物的新方向。掌握金属羟基氧化物催化臭氧氧化的基本规律,是寻找经济高效的水处理催化剂并正确应用催化臭氧氧化技术的基础。论文以实验室制备的六种过渡金属羟基氧化物作为催化剂,分别对它们进行了结构和表面性质的表征。通过考察各催化剂催化水中臭氧分解和氧化痕量对氯硝基苯（pCNB）的能力,筛选出催化活性较高的催化剂,并对其催化臭氧分解的机理进行了推测。最终探讨了催化剂的结构和表面性质对催化能力的影响。在单独臭氧氧化工艺中,水中痕量pCNB的去除效率随着臭氧浓度和水体纯净度的增加而增大,而与pCNB初始浓度成负相关性。羟基自由基的抑制剂和溶液pH值对臭氧氧化pCNB的反应影响显著。反应过程中,TOC的去除率比pCNB低50个百分点左右。实验中成功制备了羟基氧化锰（MnOOH）、羟基氧化铁（FeOOH）、羟基氧化钴（CoOOH）、羟基氧化镍...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 饮用水中的有机污染物
1.1.1 天然有机物
1.1.2 人工合成有机物
1.1.3 消毒副产物
1.2 硝基芳烃类污染物质
1.2.1 硝基芳烃的来源
1.2.2 硝基芳烃的主要性质
1.2.3 典型的卤代硝基芳烃——对氯硝基苯（pCNB）
1.3 饮用水中有机污染物的控制及处理
1.3.1 常规水处理工艺
1.3.2 深度水处理工艺
1.4 催化臭氧氧化技术
1.4.1 水处理中的臭氧氧化技术
1.4.2 异相催化臭氧氧化工艺
1.4.3 过渡金属羟基氧化物催化臭氧氧化技术
1.5 课题的研究目的、意义和主要内容
1.5.1 课题的研究目的和意义
1.5.2 课题研究的主要内容
第2章 实验与分析方法
2.1 实验计划
2.2 实验方法
2.2.1 臭氧氧化及过渡金属羟基氧化物催化臭氧氧化实验
2.2.2 催化剂对pCNB 的吸附实验
2.2.3 过渡金属羟基氧化物催化剂的制备方法
2.3 实验材料与仪器
2.3.1 实验材料
2.3.2 实验仪器
2.4 分析方法
2.4.1 水中臭氧浓度的检测
2.4.2 水中pCNB 的分析方法
2.4.3 臭氧氧化及催化臭氧氧化pCNB 中间产物的富集及分析方法
2.4.4 醛酮、酸的分析测定
2.4.5 水中无机离子和溶解性TOC 的分析测定
2.4.6 羟基自由基ESR 定性分析方法
2.5 过渡金属羟基氧化物催化剂的表征方法
2.5.1 X 射线衍射分析（XRD）
2.5.2 电子扫描显微镜分析（SEM）
2.5.3 热重差热分析（TG-DTG）
2.5.4 傅里叶转换红外分析（FTIR）
2.5.5 X 射线光电子能谱分析（XPS）
2.5.6 孔容、孔径、比表面积及吸附性能分析
2.5.7 催化剂表面羟基密度的测定
2.5.8 表面电荷密度的测定
第3章 臭氧氧化去除水中痕量pCNB 的效能与机理
3.1 引言
3.2 臭氧氧化水中痕量pCNB 的效能研究
3.2.1 不同臭氧投量对pCNB 降解效果的影响
3.2.2 不同pCNB 初始浓度对臭氧氧化效果的影响
3.2.3 天然水体中碳酸盐/重碳酸盐碱度对臭氧氧化效果的影响
3.2.4 不同水质本底对臭氧降解pCNB 的影响
3.3 臭氧氧化水中pCNB 的机理研究
3.3.1 溶液pH 值对臭氧氧化pCNB 效果的影响
3.3.2 羟基自由基（·OH）抑止剂对pCNB 氧化效果的影响
3.3.3 臭氧氧化pCNB 的产物分析
3.4 本章小结
第4章 过渡金属羟基氧化物催化剂的制备与表征
4.1 引言
4.2 过渡金属羟基氧化物催化剂的制备
4.3 过渡金属羟基氧化物催化剂的物理结构性质
4.3.1 催化剂的物相组成及粒子晶型
4.3.2 催化剂的表面形貌及粒度分布
4.3.3 催化剂的热力学性质
4.3.4 催化剂的比表面积、孔分布及吸附性能
4.4 过渡金属羟基氧化物催化剂的表面状态及性质
4.4.1 催化剂的表面官能团及吸附状态
4.4.2 催化剂的表面羟基密度
4.4.3 催化剂的表面电荷状态
4.4.4 催化剂的元素分析及氧原子状态
4.5 本章小结
第5章 过渡金属羟基氧化物催化臭氧氧化水中痕量pCNB 的效能研究
5.1 引言
5.2 过渡金属羟基氧化物催化臭氧氧化水中痕量pCNB 的活性研究
5.3 羟基氧化锌对臭氧工艺的强化效应及影响因素的考察
5.3.1 羟基氧化锌催化活性研究
5.3.2 羟基氧化锌催化臭氧氧化水中痕量pCNB 的影响因素
5.3.3 催化剂的实用性
5.4 羟基氧化铁对臭氧工艺的强化效应及影响因素的考察
5.4.1 羟基氧化铁催化活性研究
5.4.2 羟基氧化铁催化臭氧氧化水中痕量pCNB 的影响因素
5.4.3 催化剂的实用性
5.5 羟基氧化钴对臭氧工艺的强化效应及影响因素的考察
5.5.1 羟基氧化钴催化活性研究
5.5.2 羟基氧化钴催化臭氧氧化水中痕量pCNB 的影响因素
5.5.3 催化剂的实用性
5.6 本章小结
第6章 过渡金属羟基氧化物催化水中臭氧分解及氧化pCNB 的机理研究
6.1 引言
6.2 催化剂对水中臭氧分解和pCNB 降解的促进作用
6.3 叔丁醇对催化反应的抑制
6.3.1 叔丁醇对羟基氧化铁催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.3.2 叔丁醇对羟基氧化钴催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.3.3 叔丁醇对羟基氧化锌催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.4 溶液pH 值对催化臭氧分解和pCNB 降解的影响
6.4.1 溶液pH 值对羟基氧化铁催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.4.2 溶液pH 值对羟基氧化钴催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.4.3 溶液pH 值对羟基氧化锌催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.5 催化臭氧氧化pCNB 的产物测定
6.5.1 催化臭氧氧化工艺对pCNB 的矿化度分析
-和NO3
-的生成"> 6.5.2 催化臭氧氧化pCNB 的过程中Cl-和NO3
-的生成
6.5.3 催化臭氧氧化pCNB 中间产物的鉴定与分析
6.6 催化剂催化水中臭氧分解过程中羟基自由基（·OH）的产生
6.7 催化剂催化水中臭氧分解和氧化pCNB 的可能途径
6.8 催化剂的结构及表面性质对催化能力的影响
zpc"> 6.8.1 催化剂的表面羟基和pHzpc
6.8.2 催化剂中的氧原子状态
6.8.3 催化剂的比表面积和吸附性能
6.9 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ln0.5Sr0.5CoO3-δ阴极薄膜材料的XRD和XPS研究[J]. 张利文,丁铁柱,王强,朱志强,赵倩,姜涛. 稀土. 2008(05)
[2]CuO纳米粒子的谱学特性研究[J]. 王丹军,郭莉,李东升,付峰,王文亮,闫宏涛. 光谱学与光谱分析. 2008(04)
[3]蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中草酸的研究[J]. 赵雷,孙志忠,马军. 环境科学. 2007(11)
[4]纳米钙钛矿型La1-xAgxMnO3的光催化活性研究[J]. 崔津津,杨秋华. 稀有金属材料与工程. 2007(S3)
[5]臭氧氧化降解水中对硝基氯苯的效能与机制[J]. 徐腾娇,陈忠林,沈吉敏,焦中志. 水处理技术. 2007(01)
[6]臭氧化去除水中对硝基氯苯动力学及机理[J]. 陈忠林,沈吉敏,李学艳,齐飞,徐冰冰. 化工学报. 2006(10)
[7]臭氧多相催化氧化处理微污染水中试研究[J]. 马军,韩帮军,张涛,陈忠林,何文杰,韩宏大. 环境科学学报. 2006(09)
[8]O3/H2O2去除水中硝基苯效果与机理[J]. 沈吉敏,陈忠林,李学艳,齐飞,叶苗苗. 环境科学. 2006(09)
[9]羟基氧化铁催化臭氧氧化对滤后水卤乙酸生成势的影响[J]. 张涛,鲁金凤,马军,陈忠林,申素芳,王群. 环境科学. 2006(08)
[10]羟基氧化铁催化臭氧氧化对滤后水THMs生成势的控制作用[J]. 鲁金凤,张涛,马军,陈忠林,江进. 环境科学. 2006(05)
博士论文
[1]铝氧化物催化臭氧氧化水中嗅味物质的效能与机理研究[D]. 齐飞.哈尔滨工业大学 2008
[2]水中硝基（氯）苯及多羟基单宁酸的O3/H2O2降解效果与机理[D]. 沈吉敏.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3004910
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 饮用水中的有机污染物
1.1.1 天然有机物
1.1.2 人工合成有机物
1.1.3 消毒副产物
1.2 硝基芳烃类污染物质
1.2.1 硝基芳烃的来源
1.2.2 硝基芳烃的主要性质
1.2.3 典型的卤代硝基芳烃——对氯硝基苯（pCNB）
1.3 饮用水中有机污染物的控制及处理
1.3.1 常规水处理工艺
1.3.2 深度水处理工艺
1.4 催化臭氧氧化技术
1.4.1 水处理中的臭氧氧化技术
1.4.2 异相催化臭氧氧化工艺
1.4.3 过渡金属羟基氧化物催化臭氧氧化技术
1.5 课题的研究目的、意义和主要内容
1.5.1 课题的研究目的和意义
1.5.2 课题研究的主要内容
第2章 实验与分析方法
2.1 实验计划
2.2 实验方法
2.2.1 臭氧氧化及过渡金属羟基氧化物催化臭氧氧化实验
2.2.2 催化剂对pCNB 的吸附实验
2.2.3 过渡金属羟基氧化物催化剂的制备方法
2.3 实验材料与仪器
2.3.1 实验材料
2.3.2 实验仪器
2.4 分析方法
2.4.1 水中臭氧浓度的检测
2.4.2 水中pCNB 的分析方法
2.4.3 臭氧氧化及催化臭氧氧化pCNB 中间产物的富集及分析方法
2.4.4 醛酮、酸的分析测定
2.4.5 水中无机离子和溶解性TOC 的分析测定
2.4.6 羟基自由基ESR 定性分析方法
2.5 过渡金属羟基氧化物催化剂的表征方法
2.5.1 X 射线衍射分析（XRD）
2.5.2 电子扫描显微镜分析（SEM）
2.5.3 热重差热分析（TG-DTG）
2.5.4 傅里叶转换红外分析（FTIR）
2.5.5 X 射线光电子能谱分析（XPS）
2.5.6 孔容、孔径、比表面积及吸附性能分析
2.5.7 催化剂表面羟基密度的测定
2.5.8 表面电荷密度的测定
第3章 臭氧氧化去除水中痕量pCNB 的效能与机理
3.1 引言
3.2 臭氧氧化水中痕量pCNB 的效能研究
3.2.1 不同臭氧投量对pCNB 降解效果的影响
3.2.2 不同pCNB 初始浓度对臭氧氧化效果的影响
3.2.3 天然水体中碳酸盐/重碳酸盐碱度对臭氧氧化效果的影响
3.2.4 不同水质本底对臭氧降解pCNB 的影响
3.3 臭氧氧化水中pCNB 的机理研究
3.3.1 溶液pH 值对臭氧氧化pCNB 效果的影响
3.3.2 羟基自由基（·OH）抑止剂对pCNB 氧化效果的影响
3.3.3 臭氧氧化pCNB 的产物分析
3.4 本章小结
第4章 过渡金属羟基氧化物催化剂的制备与表征
4.1 引言
4.2 过渡金属羟基氧化物催化剂的制备
4.3 过渡金属羟基氧化物催化剂的物理结构性质
4.3.1 催化剂的物相组成及粒子晶型
4.3.2 催化剂的表面形貌及粒度分布
4.3.3 催化剂的热力学性质
4.3.4 催化剂的比表面积、孔分布及吸附性能
4.4 过渡金属羟基氧化物催化剂的表面状态及性质
4.4.1 催化剂的表面官能团及吸附状态
4.4.2 催化剂的表面羟基密度
4.4.3 催化剂的表面电荷状态
4.4.4 催化剂的元素分析及氧原子状态
4.5 本章小结
第5章 过渡金属羟基氧化物催化臭氧氧化水中痕量pCNB 的效能研究
5.1 引言
5.2 过渡金属羟基氧化物催化臭氧氧化水中痕量pCNB 的活性研究
5.3 羟基氧化锌对臭氧工艺的强化效应及影响因素的考察
5.3.1 羟基氧化锌催化活性研究
5.3.2 羟基氧化锌催化臭氧氧化水中痕量pCNB 的影响因素
5.3.3 催化剂的实用性
5.4 羟基氧化铁对臭氧工艺的强化效应及影响因素的考察
5.4.1 羟基氧化铁催化活性研究
5.4.2 羟基氧化铁催化臭氧氧化水中痕量pCNB 的影响因素
5.4.3 催化剂的实用性
5.5 羟基氧化钴对臭氧工艺的强化效应及影响因素的考察
5.5.1 羟基氧化钴催化活性研究
5.5.2 羟基氧化钴催化臭氧氧化水中痕量pCNB 的影响因素
5.5.3 催化剂的实用性
5.6 本章小结
第6章 过渡金属羟基氧化物催化水中臭氧分解及氧化pCNB 的机理研究
6.1 引言
6.2 催化剂对水中臭氧分解和pCNB 降解的促进作用
6.3 叔丁醇对催化反应的抑制
6.3.1 叔丁醇对羟基氧化铁催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.3.2 叔丁醇对羟基氧化钴催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.3.3 叔丁醇对羟基氧化锌催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.4 溶液pH 值对催化臭氧分解和pCNB 降解的影响
6.4.1 溶液pH 值对羟基氧化铁催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.4.2 溶液pH 值对羟基氧化钴催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.4.3 溶液pH 值对羟基氧化锌催化臭氧氧化pCNB 的影响
6.5 催化臭氧氧化pCNB 的产物测定
6.5.1 催化臭氧氧化工艺对pCNB 的矿化度分析
-和NO3
-的生成"> 6.5.2 催化臭氧氧化pCNB 的过程中Cl-和NO3
-的生成
6.5.3 催化臭氧氧化pCNB 中间产物的鉴定与分析
6.6 催化剂催化水中臭氧分解过程中羟基自由基（·OH）的产生
6.7 催化剂催化水中臭氧分解和氧化pCNB 的可能途径
6.8 催化剂的结构及表面性质对催化能力的影响
zpc"> 6.8.1 催化剂的表面羟基和pHzpc
6.8.3 催化剂的比表面积和吸附性能
6.9 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ln0.5Sr0.5CoO3-δ阴极薄膜材料的XRD和XPS研究[J]. 张利文,丁铁柱,王强,朱志强,赵倩,姜涛. 稀土. 2008(05)
[2]CuO纳米粒子的谱学特性研究[J]. 王丹军,郭莉,李东升,付峰,王文亮,闫宏涛. 光谱学与光谱分析. 2008(04)
[3]蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中草酸的研究[J]. 赵雷,孙志忠,马军. 环境科学. 2007(11)
[4]纳米钙钛矿型La1-xAgxMnO3的光催化活性研究[J]. 崔津津,杨秋华. 稀有金属材料与工程. 2007(S3)
[5]臭氧氧化降解水中对硝基氯苯的效能与机制[J]. 徐腾娇,陈忠林,沈吉敏,焦中志. 水处理技术. 2007(01)
[6]臭氧化去除水中对硝基氯苯动力学及机理[J]. 陈忠林,沈吉敏,李学艳,齐飞,徐冰冰. 化工学报. 2006(10)
[7]臭氧多相催化氧化处理微污染水中试研究[J]. 马军,韩帮军,张涛,陈忠林,何文杰,韩宏大. 环境科学学报. 2006(09)
[8]O3/H2O2去除水中硝基苯效果与机理[J]. 沈吉敏,陈忠林,李学艳,齐飞,叶苗苗. 环境科学. 2006(09)
[9]羟基氧化铁催化臭氧氧化对滤后水卤乙酸生成势的影响[J]. 张涛,鲁金凤,马军,陈忠林,申素芳,王群. 环境科学. 2006(08)
[10]羟基氧化铁催化臭氧氧化对滤后水THMs生成势的控制作用[J]. 鲁金凤,张涛,马军,陈忠林,江进. 环境科学. 2006(05)
博士论文
[1]铝氧化物催化臭氧氧化水中嗅味物质的效能与机理研究[D]. 齐飞.哈尔滨工业大学 2008
[2]水中硝基（氯）苯及多羟基单宁酸的O3/H2O2降解效果与机理[D]. 沈吉敏.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3004910
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