零价铁还原催化臭氧降解模拟染料废水的研究

发布时间：2017-12-06 19:32

  本文关键词：零价铁还原催化臭氧降解模拟染料废水的研究

  更多相关文章： 零价铁 臭氧 降解速率常数 中间产物 反应机理

【摘要】：染料废水因为色度高、难生物降解、pH值波动大等原因而一直作为难降解的废水而受到广泛研究与关注。为找到一种环保、高效的染料废水处理方法,本研究得以进行。零价金属尤其是零价铁因其价格低廉,制备工艺简单,且不会对环境产生二次污染等优点在水处理研究方面吸引了很多关注。其电极反应产物中的新生态[H]和Fe2+不仅能破坏染料的发色基团,使之断链进而脱色,还能与废水中许多其他成分发生氧化还原反应。臭氧氧化在水处理中也有广泛的应用,可以通过控制工艺条件产生氧化能力极强且选择性很低的羟基自由基(·OH)。催化臭氧氧化技术能够从提高臭氧利用率和氧化能力两个方面解决单独臭氧氧化存在的效率低和具有选择性等问题。本研究选择零价铁作为催化剂,将零价铁的还原作用与臭氧的氧化作用结合起来,从而更加彻底和高效地降解染料废水。在零价铁还原催化臭氧氧化体系中,选择空气作为臭氧发生器产生臭氧的气源,所以产生的是臭氧与氮气等气体的混合气体,通过前期实验确定,在500mL的染料模拟废水体系中,比较适合的臭氧混合气体流量为320ml/min。本文考察了零价铁催化臭氧氧化体系的可行性以及各个因素对于催化效率的影响,并就其催化机理进行了探讨。具体结论如下:(1)设定靛蓝二磺酸钠初始浓度为50mg/L、反应时间控制为4min、初始pH为5.5、零价铁投加量为0.1g/L、反应温度24±0.5℃,臭氧流量320ml/min,零价铁催化臭氧氧化靛蓝二磺酸钠的反应速率常数为0.853,符合一级动力学。相同条件下单独零价铁对染料几乎没有降解,单独臭氧对靛蓝二磺酸钠的降解速率常数为0.588。零价铁还原催化臭氧氧化靛蓝二磺酸钠的速率明显高于单独零价铁和单独臭氧氧化速率值的叠加,体现了零价铁对臭氧降解有机物的加速与协同作用。(2)微米级别零价铁与纳米级别零价铁的催化降解速率常数分别为0.853和0.667,通过比较得出纳米零价铁(nZVI)更适合作为催化剂以达到更好地催化效果。(3)在nZVI催化臭氧降解靛蓝二磺酸钠的实验里,pH是影响最大的因素,适合的pH为8,在5-8之间靛蓝二磺酸钠的降解速率常数因pH的升高逐渐增大;当pH减小到3时,由于其溶液中大量的H+有利于零价铁产生[H],加强了体系的还原作用,降解速率常数又增大;其它适合的控制条件分别nZVI投加量0.5g/L,反应温度50℃;此外水中的Cl-、SO_4~(2-)对反应起促进效果,而NO_3~-则有微弱的抑制效果,所以当染料废水中含有大量NO3-的时候,此法对废水降解效果影响较大。(4)由紫外-可见分光图谱以及质谱图分析中间产物得出单独臭氧与零价铁催化臭氧氧化体系的产物相同。零价铁与水分子作用生成的[H]在零价铁还原催化臭氧氧化体系中起还原作用,存在同时加速了臭氧分子的分解产生自由基的可能。自由基抑制实验以及电子自旋共振的图谱证明零价铁还原催化臭氧氧化体系中主要的氧化活性物质是臭氧分子以及超氧自由基。在零价铁负载复合金属氧化物催化臭氧氧化活性艳红X-3B模拟废水体系中,臭氧发生器气源选用高纯氧。催化剂用浸渍烧焙法制备,超声预处理不能提高催化剂的催化活性。制备复合金属氧化物催化材料时,比较适合的氯化亚锰溶液浓度为0.05mol/L,比较适合的NaOH溶液(浓度为0.1mol/L)滴加量为5滴。零价铁负载复合金属氧化物催化臭氧降解活性艳红X-3B降解速率相对单独臭氧能提高126%,相对未进行性能优化的零价铁催化臭氧降解活性艳红X-3B降解速率提高了56%。
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X788

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本文编号：1259731