论文部分内容阅读
作为高级氧化技术(AOPs)的一种,Fenton氧化技术凭借其具有处理效率高、运行费用低、运行管理简单等优点,在含难降解有机物废水处理工程中得到了广泛的应用。但传统Fenton体系也存在一些明显的缺点,如反应只能在酸性条件下进行、整个Fenton反应的速率受限于Fe3+向Fe2+转化速率、H2O2利用率不高等。基于此,本研究拟向Fenton系统中引入稀土元素铈构建均相与非均相复合Fenton系统,以邻苯二酚为目标污染物,系统研究复合Fenton系统对目标物的降解性能,并结合GC-MS、XPS、FTIR、XRD等测量与表征手段,揭示降解机理,拟为高效Fenton氧化体系的构建及运行参数优化提供理论依据与数据支撑。获得的主要研究结论如下:(1)均相复合Fenton体系氧化试验研究表明,铈的引入,可将传统Fenton体系的pH应用范围由酸性拓展到中性,并提高有机物的降解效率。对于H2O2/Fe2+/Ce3+体系而言,在pH=7、Fe2+/Ce3+(摩尔比)=4:2、H2O2初始投加量为20 mmol/L的最佳条件下,邻苯二酚的去除率达84%,COD去除率为82%,TOC的去除率为72%;对于H2O2/Fe3+/Ce3+体系而言,在pH=7、Fe3+/Ce3+(摩尔比)=1:2、H2O2初始投加量=30 mmol/L的最佳氧化条件下,Fenton对邻苯二酚的去除率达97.2%、COD去除率为97.5%,TOC的去除率94.2%。(2)均相复合Fenton体系产生的沉淀物分析表明,邻苯二酚在氧化的过程中结构被破坏,且体系中同时存在Fe2+/Fe3+和Ce3+/Ce4+,证明铈离子加入Fenton体系后,会形成两个催化还原体系(Fe2(10)?Fe3(10)及Ce3(10)?Ce4(10))。自由基淬灭试验表明,反应的主要活性物种仍为·OH,且反应在pH=7的条件下,通过HO2·/O2-·作为中间活性基团通过链式反应促进两个体系的高效循环,从而提高H2O2的利用率,产生更多的·OH,提高降解性能。(3)非均相Fenton体系氧化试验表明,制备的CeFeO3催化剂材料相较于Fe2O3材料,大幅的提升了邻苯二酚的去除率。在pH=7,催化剂投加量为1 g/l、H2O2的投加量为30 mmol/L的最佳反应条件下,邻苯二酚的降解率达到80%,TOC去除率74%、COD去除率为78.9%,该数据均远高于Fe2O3催化剂材料在pH=3、初始投加量为4 g/l、H2O2的投加量40 mmol/L的最佳条件下的邻苯二酚去除率15.2%、TOC去除率20%、COD去除率为15%。(4)铈离子的加入可以明显提高均相和非均相Fenton反应的氧化降解性能,但由于均相反应的传质性能的优势,导致了铈离子的加入对均相Fenton反应氧化性能的提高要优于非均相Fenton反应,但CeFeO3催化剂材料的性能也要优于传统的Fenton体系,且非均相Fenton反应后材料与溶液易分离。铈离子加入后的均相非均相Fenton反应的在中性条件下具有很高的降解性能,为实际应用提供了优势所在。