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苯胺类物质作为重要的有机中间体,在医药、印染等化工领域都有着广泛的应用。由于大多数有机胺类都有毒性,因而苯胺类废水一直是国家严格控制的污染物质,对于此类含氮废水,常规的废水处理方法如中和法、混凝法和生化法均很难奏效。本文以工业生产为前提,结合电化学和湿式催化氧化技术,利用水热电催化氧化法,设计了一种新仪器,以自制CuO-MnO2-CeO2/C为催化剂,配置COD=9000mg.l-1,NH3-N=700mg.l-1的模拟苯胺废水进行湿式催化氧化降解苯胺实验,讨论了催化剂的用量对实验的影响,pH值以及温度对COD及NH3-N去除率的作用大小;并利用电催化氧化方法以γ-MnO2为活性阴极,RuO2/Ti为阳极共同作用下,以NaCl为支持电解质来处理苯胺废水,对γ-MnO2活性阴极的特性做了几个方面的分析;目的是为了进一步探求电催化氧化法用于处理高浓度苯胺废水的辅助性,糅合湿式催化氧化法和电催化氧化法为水热电催化氧化法来处理高浓度苯胺废水奠定基础,并结合多种检测手段对水热电催化氧化降解中间产物进行捕捉和机理分析。
研究结果表明:CuO-MnO2-CeO2/C催化剂处理苯胺废水与其它催化剂相比,在150℃时就表现出良好的催化效果。在225℃下,经过一小时的停留时间,苯胺废水的COD和氨氮的去除率达90%以上;且在pH=10.03时,铜的溶出量约为0.1mg.l-1,明显降低了使用成本。以γ-MnO2为活性阴极, RuO2/Ti为阳极共同作用下,以NaCl为支持电解质来处理苯胺废水,在较宽的pH值范围内和低NaCl浓度下对苯胺、COD和氨氮都有较高的去除率;鉴于湿式催化氧化与电催化氧化降解有机物的自由基理论,本课题考察了水热电催化氧化法处理高浓度苯胺废水的效果,其结果优于单一的电催化氧化法或湿式催化氧化法。对比CWO方法,在PH=10.03时,固定反应的压强为3.5MPa,反应一小时,温度从CWO的225℃降低到135℃,COD和NH3-N的去除率从65%提高到96%以上。并且通过波谱分析发现副产物不多,实现了低温高效的新型处理方法。水热电催化氧化处理高浓度苯胺废水由于氯原子的参与,使反应机理既不遵从湿式催化氧化的立即开环理论,也不同于电催化氧化的聚合机理,而是在电极表面放电生成化学吸附的活性氧(·OH),与电极作用产生的过氧化物共同参与“电化学转换”过程,与电解产生的活性物质一起对氯代苯胺进行有选择的开环和氧化,体现了湿式催化氧化和电催化氧化的协同作用。此技术是一种极有潜力的高级氧化技术。本实验存在的主要问题是所制备的催化剂的永久活性问题、电极寿命及水热电催化氧化反应中苯胺的选择性氧化问题等。