鈰系催化劑的制備及其催化臭氧化性能研究.pdf

1、臭氧氧化技術作為高級氧化技術的一個重要方面，在水處理中應用非常廣泛，尤其是非均相催化臭氧化技術。含酚廢水是一種常見的工業(yè)有機污染物，且來源廣泛、數(shù)量巨大、危害較深，因此，本文構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，并采用該工藝對苯酚模擬廢水深度處理進行了試驗研究。采用浸漬沉淀法制備了單組份金屬氧化物CeOx/Al2O3，為了進一步提高催化劑性能，引入助劑金屬 Mn，制備了復合金屬氧化物MnCeOx/A

2、l2O3作為催化臭氧化催化劑，分別對兩種催化劑的制備條件進行優(yōu)化，并對所制備的催化劑進行表征，探究其催化臭氧化性能及機理。
　　對催化劑 CeOx/Al2O3的制備條件進行了研究，應用統(tǒng)計分析軟件 Design Expertv8.0.5b設計實驗，以此確定催化劑的最佳制備工藝為：焙燒溫度380℃、焙燒時間3.87h、浸漬液濃度0.7mol/L，其預測最高去除率為92.4724％。在非均相臭氧催化體系中，對其進行有效性驗證，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，在此條件下實際去除率為91.08%。通過BET、XRD、XPS、SEM、FT-IR等手段對催化劑CeOx/A12O3進行表征，結果表明，催化劑表面為分散均勻、較小顆粒組成的介孔結構，孔道多、比表面積大。在CeOx/Al2O3中元素Ce主要以兩種價態(tài)形式存在，且Ce3+和Ce4+具有協(xié)同效應；對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

4、，能夠加速催化反應的進行。
　　在單組份催化劑的基礎上，為了進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)前期實驗結果，對催化劑MnCeOx/Al2O3進行制備條件優(yōu)化，確定最佳制備條件為：摩爾比為0.7，焙燒溫度382℃，焙燒時間3.7h，為驗證預測模型的準確可靠，在最優(yōu)條件下進行3次平行驗證實驗，得到去除率平均值為99.01%。通過BET、XRD、XPS

5、、SEM、FT-IR等手段對催化劑MnCeOx/A12O3進行表征，結果表明，催化劑表面由于金屬錳的負載使得鈰的負載更加均勻，催化劑表面介孔結構復雜，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更加豐富，復合型氧化物體現(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溫度、初始pH值、催化劑和臭氧投加量及反應初始濃度對催化臭氧化苯酚的影響。負載金

6、屬 Ce元素后，相對于載體CeOx/Al2O3表面羥基量增加，負載 Mn后，MnCeOx/Al2O3表面羥基強度最大，其催化效果最好。通過向實驗體系中投加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的產生和對苯酚的降解，因而更進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