鈰系催化劑的制備及其催化臭氧化性能研究.pdf

1、臭氧氧化技術(shù)作為高級(jí)氧化技術(shù)的一個(gè)重要方面，在水處理中應(yīng)用非常廣泛，尤其是非均相催化臭氧化技術(shù)。含酚廢水是一種常見(jiàn)的工業(yè)有機(jī)污染物，且來(lái)源廣泛、數(shù)量巨大、危害較深，因此，本文構(gòu)建了非均相催化臭氧氧化體系，研究制備了一種以Al2O3為載體的鈰系催化劑，并采用該工藝對(duì)苯酚模擬廢水深度處理進(jìn)行了試驗(yàn)研究。采用浸漬沉淀法制備了單組份金屬氧化物CeOx/Al2O3，為了進(jìn)一步提高催化劑性能，引入助劑金屬 Mn，制備了復(fù)合金屬氧化物MnCeOx/A

2、l2O3作為催化臭氧化催化劑，分別對(duì)兩種催化劑的制備條件進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)所制備的催化劑進(jìn)行表征，探究其催化臭氧化性能及機(jī)理。
　　對(duì)催化劑 CeOx/Al2O3的制備條件進(jìn)行了研究，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析軟件 Design Expertv8.0.5b設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以此確定催化劑的最佳制備工藝為：焙燒溫度380℃、焙燒時(shí)間3.87h、浸漬液濃度0.7mol/L，其預(yù)測(cè)最高去除率為92.4724％。在非均相臭氧催化體系中，對(duì)其進(jìn)行有效性驗(yàn)證，在最優(yōu)條

3、件下制備催化劑CeOx/A12O3處理初始濃度為100mg/L苯酚30min，在此條件下實(shí)際去除率為91.08%。通過(guò)BET、XRD、XPS、SEM、FT-IR等手段對(duì)催化劑CeOx/A12O3進(jìn)行表征，結(jié)果表明，催化劑表面為分散均勻、較小顆粒組成的介孔結(jié)構(gòu)，孔道多、比表面積大。在CeOx/Al2O3中元素Ce主要以兩種價(jià)態(tài)形式存在，且Ce3+和Ce4+具有協(xié)同效應(yīng)；對(duì)比載體和催化劑的紅外圖譜，CeOx/A12O3表面有豐富的羥基官能團(tuán)

4、，能夠加速催化反應(yīng)的進(jìn)行。
　　在單組份催化劑的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高催化劑的催化性能，比較添加了三種助劑金屬Ti、Cu和Mn，篩選出較高活性的催化劑MnCeOx/Al2O3，根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)催化劑MnCeOx/Al2O3進(jìn)行制備條件優(yōu)化，確定最佳制備條件為：摩爾比為0.7，焙燒溫度382℃，焙燒時(shí)間3.7h，為驗(yàn)證預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確可靠，在最優(yōu)條件下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到去除率平均值為99.01%。通過(guò)BET、XRD、XPS

5、、SEM、FT-IR等手段對(duì)催化劑MnCeOx/A12O3進(jìn)行表征，結(jié)果表明，催化劑表面由于金屬錳的負(fù)載使得鈰的負(fù)載更加均勻，催化劑表面介孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔道多、比表面積大。錳的氧化物以MnO2、Mn2O3形式存在，與單組份催化劑相比，催化劑表面含有的羥基基團(tuán)更加豐富，復(fù)合型氧化物體現(xiàn)出協(xié)同作用，催化活性高于單一組分催化劑。
　　此外，本文還探討了不同反應(yīng)溫度、初始pH值、催化劑和臭氧投加量及反應(yīng)初始濃度對(duì)催化臭氧化苯酚的影響。負(fù)載金

6、屬 Ce元素后，相對(duì)于載體CeOx/Al2O3表面羥基量增加，負(fù)載 Mn后，MnCeOx/Al2O3表面羥基強(qiáng)度最大，其催化效果最好。通過(guò)向?qū)嶒?yàn)體系中投加50mg/L高濃度的抑制羥基自由基的叔丁醇，氧化體系中目標(biāo)污染物苯酚的去除受到了顯著的抑制，高濃度叔丁醇損耗了體系中生成的?OH，顯著地抑制了體系中?OH的產(chǎn)生和對(duì)苯酚的降解，因而更進(jìn)一步間接證明了臭氧/MnCeOx/Al2O3及臭氧/CeOx/Al2O3的催化氧化體系遵照?OH作用原