超臨界Ir-Ta催化氧化降解焦化脫硫廢液的研究.pdf

1、焦化脫硫廢液是焦?fàn)t煤氣凈化過程中產(chǎn)生的含有大量有機(jī)物與無機(jī)鹽的高濃度工業(yè)廢水。其成分復(fù)雜、難降解，在焦化廢水中占有很大比重，對(duì)后續(xù)工藝以及整個(gè)水處理系統(tǒng)的沖擊較大。傳統(tǒng)的處理工藝對(duì)焦化脫硫廢液中污染物降解有一定困難。隨著環(huán)境保護(hù)對(duì)焦化脫硫廢液中污染物的排放提出了更嚴(yán)格要求，需要開發(fā)一種綠色高效的處理方法。超臨界催化氧化技術(shù)作為一種新穎、高效的污染物處理技術(shù)，對(duì)高含有機(jī)物的工業(yè)廢水有著很好的去除效果。本文以武鋼焦化廠煙氣脫硫工段產(chǎn)生的脫硫

2、廢液為研究對(duì)象，在總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行了分析，采用超臨界催化氧化技術(shù)對(duì)焦化脫硫廢液中的污染物降解進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)以鈦板為載體，利用電化學(xué)腐蝕的方法增加載體的比表面積，再采用涂覆法將Ir-Ta活性組分負(fù)載在載體上，最后高溫焙燒制備出比表面積為52.63 m2/g的Ir-Ta/Ti催化劑，通過熱分析等表征研究得出最適的制備條件為:每次涂覆后在120℃烘箱內(nèi)干燥10-15 min，500

3、℃馬弗爐內(nèi)焙燒10 min，最后一次在500℃馬弗爐內(nèi)燒結(jié)1h。
　　(2)以蜂窩堇青石為載體，利用酸腐蝕的方法增加載體的比表面積，在對(duì)酸蝕后載體進(jìn)行強(qiáng)化和改性后，再采用涂覆法將Ir-Ta活性組分負(fù)載在載體上，最后高溫焙燒制備出比表面積為37.27 m2/g的Ir-Ta/AlCe-Cord催化劑，通過熱分析等表征研究得出最適的制備條件為:堇青石載體經(jīng)過20％的乙二酸溶液酸蝕1h后，120℃干燥2h，500℃焙燒4h;表面強(qiáng)化與改性

4、過程選擇溫度120℃，干燥1h，焙燒溫度為500℃，焙燒4 h;Ir-Ta活性組分負(fù)載過程中干燥溫度為120℃，每次10-15 min，焙燒溫度為500℃，每次10 min，最后一次在500℃下氧化燒結(jié)1h。
　　(3)考察不同影響因素（催化劑、溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間和過氧比）對(duì)脫硫廢液中COD和氨氮去除率的影響，結(jié)果表明加入催化劑對(duì)污染物，特別是氨氮的降解有明顯提高，結(jié)果可以歸結(jié)于氨氮在活性組分IrO2上的降解作用;反應(yīng)溫度、停留

5、時(shí)間和過氧比的提高也會(huì)提高COD和氨氮的去除率，但反應(yīng)壓力對(duì)COD和氨氮去除率的影響則較小。
　　(4)采用響應(yīng)面法(RSM)優(yōu)化SCWO處理脫硫廢液的各項(xiàng)影響因素，通過中心復(fù)合設(shè)計(jì)(CCD)建立COD、氨氮去除率的二次回歸模型，確定各因素之間交互作用的顯著性。通過RSM對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在滿足廢水排放要求的前提下，盡可能選擇溫度較低，壓力較小的反應(yīng)條件，所確定的最適反應(yīng)參數(shù)為溫度440℃、壓力24 MPa、反應(yīng)時(shí)間60 s和過

6、氧比2倍。此操作參數(shù)下，使用Ir-Ta/Ti催化劑時(shí)COD和氨氮的去除率分別高達(dá)99.89％和98.55％，使用Ir-Ta/AlCe-Cord催化劑時(shí)COD和氨氮的去除率分別高達(dá)99.73％和98.41％，預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)值之間的誤差小于5％，所建模型切實(shí)可行。
　　(5)對(duì)不同條件下脫硫廢液中COD的去除進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，在380-460℃、壓力24 MPa和過氧比2倍條件下，使用Ir-Ta/Ti催化劑時(shí)的反應(yīng)活化能為45.18kJ/

7、mol，指前因子為54.05 s-1;使用Ir-Ta/AlCe-Cord催化劑時(shí)表明的反應(yīng)活化能為48.11 kJ/mol，指前因子為97.51 s-1;無催化劑時(shí)的反應(yīng)活化能為100.59 kJ/mol，指前因子為27.9×104 s-1。自制催化劑的加入能明顯降低反應(yīng)活化能，降低反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)速率。
　　(6)利用基于密度泛函理論的量子化學(xué)軟件Materials Studio對(duì)超臨界催化氧化反應(yīng)過程中喹啉和吡啶的轉(zhuǎn)化過程進(jìn)