复合催化剂臭氧催化氧化处理环丙沙星废水研究

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制药废水为难降解有机废水,针对现有的催化剂存在明显的效果差、强度低的问题,本实验研究利用凝胶法与混合法相结合的方式制备了一种复合臭氧氧化催化剂,明显提升了催化作用的效率和强度。以盐酸环丙沙星作为反应底物,探讨了催化剂的载体,载体的配比,活性组分及其复配比例、活性组分离子与柠檬酸的质量比和凝胶进行沉淀老化的时长对催化剂效能的影响,复合催化剂的最佳制备方案得以确定。通过扫描电子显微镜(SEM),X-射线衍射分析(XRD),X射线衍射(XPS)表征催化剂的性能。研究了催化剂的工艺应用参数,其中包括:模拟废水用于实验时的pH值,配置废水时的药物浓度,臭氧催化反应时间,臭氧投加量和催化剂投加量,分析不同参数对复合催化剂处理效果的影响。初步探讨了催化臭氧氧化过程的反应机理和催化剂稳定性。建立评价体系评估多种技术组合的效果,探究臭氧催化氧化技术普适性。研究结果表明:最好选用以混合的SiO2和Al2O3共同作为载体,硅铝两种物质的质量比为3:1,最佳的活性组分选择为MnCO3和Cu(NO3)2复配后协同作用。催化剂优化的最佳制备条件为:活性组分,载体,粘合剂的质量比为1:3:6,其中金属离子与柠檬酸的最佳比例为1:2,复配的活性组分的质量比Cu2+:Mn2+=1:3时催化剂催化效果最佳。沉淀老化时间为120min,煅烧温度600℃,煅烧时间3h。催化臭氧氧化200mg/L盐酸环丙沙星模拟废水的最佳工艺参数为:将废水的pH调节为8,一次性投加量为100 g/L(固液比为1/10),臭氧浓度为80 mg/L。最佳反应条件下臭氧催化氧化反应30 min后,COD去除率可以达到80.63%。通过加入叔丁醇的方式进行机理验证实验,结果表明COD的去除率大幅度降低,证明了催化剂协同臭氧分解出更多的羟基自由基,进而有机污染物被充分的分解。分别将MnCO3催化剂和MnCO3/Cu(NO3)2催化剂重复使用10次后,MnCO3体系催化剂重复使用10次后,COD的去除率由48.13%降到47.01%,降低了 1.14%。MnCO3/Cu(NO3)2体系催化剂重复使用10次后,COD的去除率由80.63%降到80.02%,降低了 0.61%,MnCO3/Cu(NO3)2体系催化剂的稳定性更好。与市场销售的催化剂性能相比有很明显的优势,处理效果可以提高30.56%,催化剂强度也得到了极大的改善,各组分混合均匀催化性能稳定。通过建立的各个指标进行权重评分,确定臭氧催化氧化是处理制药行业废水的主要组成技术之一,具有很强的普适性,处理效果显著,可以作为预处理及深度处理技术投入应用。
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