适宜于高级氧化催化处理难降解废水催化剂的研发与制备

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研究催化剂在高级氧化处理难降解废水中的作用,其目的就是找到催化活性好、稳定性强、适用范围广、成本低廉的催化剂。进而通过投加催化剂,针对复杂多变的污水系统,提高高级氧化技术中氧化剂的利用率,降低反应条件,减少对反应设备的要求等,从而降低了投资和运行成本,扩大了该技术的应用范围。本论文以高级氧化Fenton催化氧化技术为基础,以某合成橡胶公司橡胶废水为研究对象,探讨适宜于均相、非均相催化氧化法处理丁苯橡废水的催化剂,考擦各催化剂对H202利用率的影响,主要结论如下:(1)实验室条件下,针对500m1橡胶废水溶液,通过单因素和正交试验分析探讨了芬顿试剂降解橡胶废水的最适处理条件:温度45℃、时间60min、pH在3-7之间、2mlH2O2、1.65mmol FeSO4,该条件下原水55%的CODcr得到去除,废水生化性升高。(2)结合该合成橡胶公司废水特性,实际工艺处理过程中,比较经济可行的条件:FeSO4投加量3.3mmol/L, H2O2/Fe2+摩尔比在9-11之间,反应时间60min,反应温度与pH均为原水自然温度和自然pH。(3)对多种非贵金属离子催化活性性分析,Cu2+、Mn2+催化H202降解废水的效果较好;在均相芬顿催化氧化橡胶废水进程中,保证活性催化离子总量不变,当以不同的比例复合作为催化剂时,H202的利用率各不相同,出水CODcr也有较大差别;按照Fe2+/Cu2+=1:1和Fe2+/Cu2+/Mn2+=2:2:1的比例复配投加时,与单独投加Fe2+相比,CODcr降解率分别增加了13%和17%。(4)单独金属氧化物做类Fenton催化剂催化活性不高,催化活性Fe2O3>CuO> MnO2>CeO2>ZnO,且Ce02与ZnO对丁苯橡胶废水几乎没有催化降解活性。(5)根据负载型催化剂载体比表面积、孔洞的要求与分析,结合本实验论文进程,选用了20~40目C、r-Al2O3、硅藻土、NaY分子筛为催化剂制备的载体。(6)对四种载体的一元、二元复合活性组分制备的八组催化剂的活性及稳定性分析,Fe2O3-CuO/C催化剂活性最好,CODcr去除率达到72%;其他条件相同的情况下,当COD去除率超过65%时,活性炭催化剂投加量为16g/L,分子筛催化剂投加量为20g/L,硅藻土催化剂投加量为24g/L, r-Al2O3催化剂投加量为36g/L。(7)对三元复合催化剂Fe2O3-CuO-MnO2/C制备条件焙烧温度、焙烧时间、浸渍液浓度等单因素实验分析,结合三因素三水平正交试验的判定,制备条件焙烧温度影响最显著,其次是焙烧时间、浸渍液浓度,复合催化剂的最佳制备条件为焙烧温度500℃、焙烧时间4h、浸渍液浓度8%;对催化剂投加量、双氧水投加量、反应时间进行三水平三因素正交分析,反应t=60min、双氧水投加量4m1/L、催化剂投加量16g/L时,Fe2O3-CuO-MnO2/C参与的催化氧化反应,有73.59%的CODcr得到去除。(8)考察Ce添加量对三元复合催化剂活性剂稳定性的影响,在Ce添加量为0.4%时,Fe203-Cu0-Mn02-Ce02/C催化剂催化活性最好,CODcr去除率达到80%。(9)对一元、二元、三元、四元活性炭催化剂活性、稳定性及单独活性炭吸附作用的分析,Fe203-Cu0-Mn02-Ce02/C催化剂活性及稳定性最好,连续使用10次后,Fe203-Cu0-Mn02-Ce02/C催化剂的CODcr去除率仍然能达到60%以上,单独活性炭吸附作用,使用次数N=I时,CODcr去除率为28%,当N<6时,催化剂的催化作用与活性炭的吸附作用共同发挥作用,但催化剂催化作用占主导地位,当N>6时,活性炭吸附作用趋于饱和,基本上不再起吸附去除CODcr的作用。
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