【摘 要】
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近年来,水资源短缺、水生态恶化等问题制约着我国社会的发展,地下水以及地表中氨氮超标更加剧用水紧张,严重污染环境。随着氨氮处理技术研究的深入,发现厌氧氨氧化结合化学催化氧化法能够很好的处理水中氨氮,该技术的关键点在于如何将氨氮高选择性、高稳定性地转化为亚硝氮。本课题采用共沉淀法制备一种具有催化氧化作用的铁锰氧系铵氧化催化剂(简称“铵催化剂”)用于处理氨氮,并取得以下成果:1.对自制备的铁锰氧系铵氧化
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近年来,水资源短缺、水生态恶化等问题制约着我国社会的发展,地下水以及地表中氨氮超标更加剧用水紧张,严重污染环境。随着氨氮处理技术研究的深入,发现厌氧氨氧化结合化学催化氧化法能够很好的处理水中氨氮,该技术的关键点在于如何将氨氮高选择性、高稳定性地转化为亚硝氮。本课题采用共沉淀法制备一种具有催化氧化作用的铁锰氧系铵氧化催化剂(简称“铵催化剂”)用于处理氨氮,并取得以下成果:1.对自制备的铁锰氧系铵氧化催化剂进行氨氮催化氧化性能系统评价,结果发现,铵催化剂催化氧化氨氮的产物为亚硝氮,其选择性接近100%,且在1000 h内选择性仍高于98%,同时氨氮转化率达85%以上。此外,用SEM、XRD、XPS等多种表征方法研究了铵催化剂的结构、成分,结果表明铁锰氧系铵氧化催化剂主要呈块状形貌,晶型为水钠锰矿型锰氧化物,其中的锰主要以Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅲ)和Mn(Ⅳ)的价态存在。2.针对铁锰氧系铵氧化催化剂在长期催化氧化氨氮时存在的产物含硝氮(亚硝氮选择性降低)问题,探究对铵催化剂开展一系列改性实验,实验证明75℃、90℃水浴加热处理以及NaClO处理均可以使铵催化剂产物的亚硝氮选择性恢复至95%以上,且可以将铵催化剂寿命延长30天左右。3.进一步通过微观表征揭示铵催化剂活化过程中的变化,并通过NaClO浸泡和80℃水浴加热法将铵催化剂的活化时间分别优化缩短至80 h和100 h。此外,探究了铵催化剂催化氧化氨氮的机理:铵催化剂对氨氮的催化氧化是通过Mn在各个价态之间的转化完成的,高价锰(Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ))参与NH4+的氧化,在催化剂表面将吸附的NH4+逐步脱氢加氧得到氧化产物NO2-,高价锰还原变成低价锰(Mn(Ⅱ)),低价锰在活性氧物种的作用下氧化恢复高价态锰,高价态锰继续进行新的氨氮的催化,进而完成整个催化氧化过程。4.以PAN或PVA为粘结剂可实现对粉体铵催化剂的造粒成型,实验发现成型后铵催化剂催化氧化氨氮的产物为亚硝氮,选择性接近100%,且800 h后选择性依然高于90%,同时氨氮转化率均高于85%,造粒成型解决了粉体材料回收困难的问题,操作更简单,易于工程应用。
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