论文部分内容阅读
催化湿式氧化（CWO）是一种应用广泛的高效的污水处理技术,具有降解速率快、降解效率高、无二次污染等突出的优点。但该技术存在重要缺陷:氧化降解条件苛刻,反应必须在高温（180-315℃）和高压（2-25 MPa）条件下进行,这使得该技术的应用和推广受到了极大的限制,因此,如何降低反应条件要求成为CWO研究的重要内容。本文采用微波辐射代替普通加热方式,与催化湿式氧化方法相结合,形成一种新型的污水处理技术,即微波强化催化湿式氧化技术（MECWO）,通过微波辐射提高催化剂活性,从而使反应在较为温和的条件下实现。本文主要证明了微波的强化作用,研究了微波对反应工艺、降解机理和动力学过程的影响,并制备了适用于MECWO的负载型催化剂。具体内容如下:通过快速沉淀法制备得到纳米CuO为催化剂,采用MECWO方法对高浓度苯酚废水（1000mg/L）进行降解处理,并与传统的催化湿式过氧化氢氧化技术进行比较,证明了微波强化作用。在微波的辅助作用下,当氧化温度仅为60℃,压力为0.3MPa时,催化湿式氧化反应15min,苯酚的TOC去除率即达到90.8%。这表明微波不仅可以使降解反应在较为温和的条件下实现,还有利于加快降解反应速率。降解机理研究发现,在微波的作用下,苯酚于2min内完全氧化转化,主要发生直接开环反应,生成短链羧酸,所经历氧化过程更为简单。通过浸渍焙烧法制备得到CuO/活性炭（CuO/AC）催化剂,采用MECWO方法对4-氯苯酚（100mg/L）溶液进行降解,再次探讨了微波的强化作用:降低反应温度和加快反应速率。研究了AC承载对CuO催化剂流失的抑制作用,15min降解样品中CuO催化剂损失率从39%下降到22%;光谱测定结果表明,AC的承载还有利于提高污染物去除率,15 min降解样品的去除率从75.3%上升到84.6%。在机理研究中发现,4-氯苯酚的降解反应与苯酚相似,在较短时间内发生直接开环反应,生成短链羧酸,并最终矿化成CO2和H2O。在H2O2分解反应的动力学研究中,数据表明采用微波辐射代替传统加热方式,该反应级数变为二级,反应活化能降低4.6 kJ/mol;同时,AC作为催化剂载体有利于降低H2O2分解反应的活化能。通过浸渍被烧法制备得到了CuO/CNTs催化剂,采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对催化剂进行表征,结果表明,CuO在载体材料上分布均匀,厚度均一。在降解研究中发现,相比AC,CNTs对降解反应有着两方面的影响:一方面,大面积的CuO负载阻碍了CNTs的吸附作用,降解效果不及CuO/AC;另一方面,CuO在载体材料上的稳定性得到提高,有利于抵抗酸性环境中的侵蚀作用。本文研究了采用MECWO方法对酚类污染物进行降解,研究了微波对于CWO技术的强化作用:降低反应条件要求和加快反应速率;制备得到了适用于MECWO降解反应的碳材料负载CuO催化剂,使微波的强化作用得以实现。这对CWO技术的研究、应用以及推广具有重要意义。