H2O2环境下激光空化降解苯酚废水研究

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苯酚是工业中常见的废水,并且在低浓度时就具有毒性,因此未经降解处理的含酚废水对生物,环境都有严重危害。目前常用的苯酚降解技术均存在不同程度的局限性,本文在激光空化技术的基础上,利用激光空化所产生的特有的物理化学效应对苯酚进行降解。为了提高降解效果节约降解成本,本研究将H2O2与激光空化技术相结合,研究了H2O2环境下激光空化降解苯酚的过程。主要研究内容和结果如下:(1)激光空化降解苯酚实验参数优化:系统研究了p H值、激光能量、苯酚初始浓度参数对降解效果的影响,并分析规律得到最佳实验参数。p H值优化实验得到,弱酸性条件下苯酚具有更高降解效率;激光能量优化实验得到,降解效果随激光能量的增加而增加;苯酚初始浓度优化实验得到,溶液中初始苯酚浓度越低,苯酚降解率越高。最终得到最佳激光空化降解苯酚参数条件p H值为5.13,苯酚初始浓度为20 mg/L,激光能量为300 m J。(2)激光空化降解苯酚能量利用率分析:对比其他空化法,分析激光诱导空化降解能量利用率的优势,并从能量利用率角度优化空化时间参数。60 min内激光空化降解苯酚能量利用率为2.676×10-5mg/J,是水力空化降解的9.9倍,是超声空化降解的53.52倍。根据不同时长激光空化降解实验的能量利用率,得到激光空化降解时间的最佳条件为90 min,此时的降解率为36.55%,空化产率为2.26×10-5mg/J。(3)H2O2环境对激光空化降解苯酚强化效果的研究:基于正交试验设计得到的最佳降解参数,研究H2O2环境下激光空化降解苯酚降解率和降解动力学常数的提升,验证H2O2环境对空化降解的强化效果。120 mg/L的H2O2浓度环境下,90 min激光空化的降解率为92.9%,降解动力学常数k为2.99×10-2,分别是单独激光空化和单独H2O2氧化降解率和的1.51倍及3.59倍。实验结果进一步证实了降解过程中激光空化和H2O2存在明显的协同效应。(4)激光空化降解苯酚机理及H2O2环境下降解协同效应分析:通过色谱法和质谱法研究苯酚降解机理,并根据激光空化降解苯酚和H2O2环境下激光空化降解苯酚的产物分析H2O2环境和激光空化的协同效应。苯酚的降解分为三个阶段,第一阶段是苯环的羟基化,第二阶段是羟基打开苯环的共轭结构,第三阶段生成无毒小分子。对比降解机理间的差异,得到H2O2环境下激光空化降解存在以下的协同效应:首先,极端环境促进H2O2直接分解成羟自由基。其次,H2O2在空化环境中会发生链式反应提高羟基保有率。最后,极端环境会增强分子活性,降低反应所需活化能。
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