超重力均相催化臭氧化降解酸性硝基苯废水

发布时间：2017-12-30 15:05

本文关键词：超重力均相催化臭氧化降解酸性硝基苯废水　出处：《中北大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：硝基苯是一种重要的化工原料,在生产硝基苯或用硝基苯生产其它化工产品的过程中会排放大量硝基苯废水,硝基苯具有致畸、致癌、致突变且因硝基的强吸电子效应提高了硝基苯的稳定性,使得硝基苯很难被氧化降解。酸性有机废水是一类较难治理的废水,改变废水酸碱度后再采用O_3/H_2O_2高级氧化技术可达到降解有机污染物的目的。加碱调节废水酸碱度,增加了废水处理成本。因此,寻求一条可实现经济高效降解酸性有机废水的工艺具有一定实际意义和应用价值。O_3/H_2O_2是一种在中碱性环境对有机物氧化具有高效、彻底、对环境无二次污染的高级氧化技术。酸性条件下该技术氧化性能下降,以过渡金属离子(Mn~(2+)、Ti~(4+))为催化剂加入O_3/H_2O_2体系,可显著提高其氧化性能,实现酸性体系下快速降解有机物。O_3/H_2O_2高级氧化技术在应用中受限于臭氧从气相到液相低传质效率。超重力技术是一种新型的过程强化技术,在强化气液传质方面体现了独特的优势,通过旋转填料床(Rotating Packed Bed)可实现超重力环境,物质受到强大离心力的作用,此时传质的两种途径分子扩散和相间传质可得到显著强化,液体被填料拉伸、破碎成细小的液滴、液丝、液膜,高速旋转的填料使气液两相间界面更新速率加快同时接触面积得到有效提高。与传统反应器相比,臭氧从气相到液相的传质得到了显著强化,增加了液相中臭氧的溶解量为后续产生更多羟基自由基(·OH)奠定了理论基础。基于此,采用过渡金属离子(Mn~(2+)、Ti~(4+))为催化剂协同超重力技术与O_3/H_2O_2高级氧化技术研究其对酸性废水的降解效能。以酸性硝基苯废水为目标物,系统地研究了两种金属离子(Mn~(2+)、Ti~(4+))催化作用下,各操作参数对硝基苯去除效果的影响并通过加入羟基自由基捕获剂叔丁醇研究硝基苯降解机理。最后借助GC-MS测量硝基苯降解中间产物并根据中间产物推断硝基苯可能的降解途径。主要研究结果如下:(1)RPB-Mn~(2+)/H_2O_2/O_3工艺对硝基苯废水的降解在超重力因子β为40,液体流量为120 L/h,初始p H为2.5,Mn~(2+)浓度为1.8 mmol/L,加入5.0 mmol/L双氧水,气体流量为75 L/h,臭氧质量浓度为40 mg/L,循环处理25 min的条件下,硝基苯去除率达99.82%,TOC去除率达59.24%,废水中硝基苯质量浓度为0.27 mg/L,达国家一级排放标准(GB8978-1996)。相比于RPB-O_3/H_2O_2工艺,硝基苯、TOC去除率分别提高了21.43%、21.08%,Mn~(2+)加入催化臭氧产生更多的·OH进而提高了硝基苯去除率。(2)RPB-Ti~(4+)/H_2O_2/O_3工艺处理硝基苯最佳操作参数:气体流量为75 L/h,液体流量为120 L/h,臭氧质量浓度为40 mg/L,Ti~(4+)浓度为0.50 mmol/L,溶液初始p H为4.0,β为40,加入0.4 mmol/L双氧水,循环处理30 min硝基苯去除率达97.17%。并对比三种工艺下硝基苯去除率,RPB-Ti~(4+)/H_2O_2/O_3、RPB-H_2O_2/O_3、RPB-Ti~(4+)/O_3三种工艺对硝基苯去除率分别为97.17%、77.8%、39.74%;在研究浓度范围内,碳酸根离子(CO_32-)对硝基苯去除率影响甚微;叔丁醇加入会影响硝基苯去除率,叔丁醇加入量越多,硝基苯去除率越低,表明RPB-Ti~(4+)/H_2O_2/O_3工艺中·OH是硝基苯氧化降解的主要活性物质。(3)在RPB-Mn~(2+)/H_2O_2/O_3和RPB-Ti~(4+)/H_2O_2/O_3两种工艺下,硝基苯主要通过臭氧直接氧化和·OH间接氧化两种途径降解。通过GC-MS检测硝基苯降解产物主要为苯酚、邻苯二酚、邻硝基苯酚、间苯二酚、草酸,根据中间产物推导硝基苯可能的氧化降解途径。
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【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.32;X783

【参考文献】