负载Cu/Mn/Ce分子筛非均相Fenton催化降解高浓度有机废水
发布时间：2021-07-30 13:07
采用13X型分子筛,用草酸改性后通过浸渍法将Cu（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）和Ce（Ⅲ）负载于分子筛,制备了Cu-Mn-Ce非均相Fenton催化剂降解高浓度有机废水。通过比表面仪、XRD射线衍射和扫描电镜（SEM-EDS）对600℃煅烧温度下制备的催化剂进行表征。结果显示,新制催化剂具有较大的比表面积,3种金属元素均匀地分布于分子筛表面。以高浓度有机废水中污染物为目标降解物,考察催化剂的降解性能。结果表明,在pH为3.0,FeSO4和H2O2浓度分别为16.2 mmol/L和15 mmol/L,催化剂为1.0 g/L的条件下,催化降解高浓度有机废水的效率达84%,COD去除效率提高了24%。催化性能为新制催化剂>再生催化剂>三次催化剂。
【文章来源】：中国钼业. 2020,44(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
新制催化剂XRD射线衍射图
pH值在Fenton氧化过程中起主要作用，pH值为3.0是目前研究得到Fenton制得羟基自由基的最佳条件。目前的研究结果也显示了同样的结果(见图2)，在添加催化剂浓度为1.0 g/L的情况下研究了不同pH值对Fenton工艺处理高浓度有机废水效能的影响，结果表明pH为3.0时也是Cu-Mn-Ce体系下COD去除效率最佳的p H。随p H值增大，均相Fenton处理效果减弱[36]，添加1.0 g/L催化剂后COD去除效率在反应初始阶段呈现不同程度的降低，虽然整体的COD去除效率较Fenton体系有所提高，但相较于pH为3.0的情况下仍呈下降趋势。Fenton试剂主要是通过催化分解H2O2产生的·OH来进行有机物的氧化[式(1)、(2)]，在较高p H条件下H2O2不稳定，并将抑制·OH的产生，且Fe2+在较高pH条件下会形成Fe(OH)3沉淀或铁的复杂络合物，不能产生足够的·OH，导致Fenton试剂的氧化能力降低;而当pH过低时，Fe3+较难被还原为Fe2+[式(3)、(4)]，破坏了Fenton体系链式反应的延续[37]。添加催化剂后Fenton处理效率仍均能达到84%，这表明Cu-Mn-Ce体系催化剂能够在一定程度上拓宽Fenton体系的pH值适用范围，在pH为6.0时仍有较高的催化活性。2.2.3 优化条件下催化剂对处理高浓度有机废水的影响
经优化实验得到在pH为3.0,Fe(Ⅱ)初始浓度为16.2 mmol/L，过氧化氢(H2O2)初始浓度为15.0 mmol/L，催化剂投加浓度为1.0 g/L，反应120min条件下，研究催化剂对处理高浓度有机废水的影响(见图3)。单独使用催化剂处理，即不添加Fenton试剂，COD的去除效率极低，不到0.2%，这表明催化剂吸附性能弱。这与洪新等[38]的研究结果相似，高温焙烧后的分子筛晶体结构发生变化，吸附质传递通道堵塞。添加催化剂和H2O2进行反应时，有机污染物的去除效果差，COD去除率仅有0.5%。可见Cu(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和Ce(Ⅲ)并不能直接催化过氧化氢(H2O2)产生·OH，说明能催化H2O2产生·OH的主要成分为Fe2+。然而，在Fenton体系中添加催化剂则有效提高了有机污染物的去除效率，COD去除率达84%。因此推测这种促进是由分子筛表面负载的金属离子与Fe3+反应，加快了Fe3+还原为Fe2+的反应速率，进而促进了Fe2+与H2O2反应产生·OH，更加快速有效地提高了H2O2的利用效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu/Al2O3催化剂用于H2O2分解生成羟基自由基的效率[J]. 田鹏飞,盛依依,孙杨,丁豆豆,徐晶,韩一帆. 化工学报. 2018(11)
[2]Ce3+与Cu2+协同强化芬顿体系氧化苯酚的效能与机制研究[J]. 张剑桥,迟惠中,宋阳,罗从伟,江进,马军. 环境科学. 2016(08)
[3]NaY分子筛的改性及吸附脱氮性能[J]. 洪新,唐克. 燃料化学学报. 2015(02)
[4]草酸改性USY型分子筛对重油催化裂化性能的影响[J]. 马燕青,孙艳波,霍彩霞,段宏昌,刘蕴恒. 甘肃联合大学学报(自然科学版). 2009(03)
[5]Fenton试剂处理难降解有机废水及其应用[J]. 王罗春,闻人勤,丁桓如. 环境保护科学. 2001(03)
[6]NaY沸石的酸脱铝[J]. 刘辉,刘兴云,李宣文,徐筱杰. 石油化工. 1998(12)
[7]草酸脱铝Y沸石的性质[J]. 何静,李宣文,刘兴云,裴站芬,佘励勤. 物理化学学报. 1997(06)
博士论文
[1]双金属芬顿体系氧化水中有机物的效能与机理研究[D]. 赵吉.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3311459
【文章来源】：中国钼业. 2020,44(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
新制催化剂XRD射线衍射图
pH值在Fenton氧化过程中起主要作用，pH值为3.0是目前研究得到Fenton制得羟基自由基的最佳条件。目前的研究结果也显示了同样的结果(见图2)，在添加催化剂浓度为1.0 g/L的情况下研究了不同pH值对Fenton工艺处理高浓度有机废水效能的影响，结果表明pH为3.0时也是Cu-Mn-Ce体系下COD去除效率最佳的p H。随p H值增大，均相Fenton处理效果减弱[36]，添加1.0 g/L催化剂后COD去除效率在反应初始阶段呈现不同程度的降低，虽然整体的COD去除效率较Fenton体系有所提高，但相较于pH为3.0的情况下仍呈下降趋势。Fenton试剂主要是通过催化分解H2O2产生的·OH来进行有机物的氧化[式(1)、(2)]，在较高p H条件下H2O2不稳定，并将抑制·OH的产生，且Fe2+在较高pH条件下会形成Fe(OH)3沉淀或铁的复杂络合物，不能产生足够的·OH，导致Fenton试剂的氧化能力降低;而当pH过低时，Fe3+较难被还原为Fe2+[式(3)、(4)]，破坏了Fenton体系链式反应的延续[37]。添加催化剂后Fenton处理效率仍均能达到84%，这表明Cu-Mn-Ce体系催化剂能够在一定程度上拓宽Fenton体系的pH值适用范围，在pH为6.0时仍有较高的催化活性。2.2.3 优化条件下催化剂对处理高浓度有机废水的影响
经优化实验得到在pH为3.0,Fe(Ⅱ)初始浓度为16.2 mmol/L，过氧化氢(H2O2)初始浓度为15.0 mmol/L，催化剂投加浓度为1.0 g/L，反应120min条件下，研究催化剂对处理高浓度有机废水的影响(见图3)。单独使用催化剂处理，即不添加Fenton试剂，COD的去除效率极低，不到0.2%，这表明催化剂吸附性能弱。这与洪新等[38]的研究结果相似，高温焙烧后的分子筛晶体结构发生变化，吸附质传递通道堵塞。添加催化剂和H2O2进行反应时，有机污染物的去除效果差，COD去除率仅有0.5%。可见Cu(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和Ce(Ⅲ)并不能直接催化过氧化氢(H2O2)产生·OH，说明能催化H2O2产生·OH的主要成分为Fe2+。然而，在Fenton体系中添加催化剂则有效提高了有机污染物的去除效率，COD去除率达84%。因此推测这种促进是由分子筛表面负载的金属离子与Fe3+反应，加快了Fe3+还原为Fe2+的反应速率，进而促进了Fe2+与H2O2反应产生·OH，更加快速有效地提高了H2O2的利用效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu/Al2O3催化剂用于H2O2分解生成羟基自由基的效率[J]. 田鹏飞,盛依依,孙杨,丁豆豆,徐晶,韩一帆. 化工学报. 2018(11)
[2]Ce3+与Cu2+协同强化芬顿体系氧化苯酚的效能与机制研究[J]. 张剑桥,迟惠中,宋阳,罗从伟,江进,马军. 环境科学. 2016(08)
[3]NaY分子筛的改性及吸附脱氮性能[J]. 洪新,唐克. 燃料化学学报. 2015(02)
[4]草酸改性USY型分子筛对重油催化裂化性能的影响[J]. 马燕青,孙艳波,霍彩霞,段宏昌,刘蕴恒. 甘肃联合大学学报(自然科学版). 2009(03)
[5]Fenton试剂处理难降解有机废水及其应用[J]. 王罗春,闻人勤,丁桓如. 环境保护科学. 2001(03)
[6]NaY沸石的酸脱铝[J]. 刘辉,刘兴云,李宣文,徐筱杰. 石油化工. 1998(12)
[7]草酸脱铝Y沸石的性质[J]. 何静,李宣文,刘兴云,裴站芬,佘励勤. 物理化学学报. 1997(06)
博士论文
[1]双金属芬顿体系氧化水中有机物的效能与机理研究[D]. 赵吉.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3311459
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3311459.html
