常溫常壓催化濕式氧化工藝處理染料廢水的研究.pdf

1、濕式空氣氧化工藝（Wet Air Oxidation，簡(jiǎn)稱WAO）是處理高濃度、難降解有機(jī)廢水的有效方法。但傳統(tǒng) WAO工藝反應(yīng)條件苛刻、處理成本高、對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格，大大限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。針對(duì)這些問(wèn)題，本文系統(tǒng)地研究了常溫常壓催化濕式氧化（Catalytic Wet Oxidation，簡(jiǎn)稱CWO）工藝，該工藝具有反應(yīng)條件溫和、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。本文圍繞常溫常壓CWO工藝中催化劑的研制這一技術(shù)關(guān)鍵，制備了三種用于該工藝的負(fù)載型催化

2、劑，并以三種模擬偶氮染料（甲基橙，酸性橙和活性黑）為目標(biāo)降解物，考察了他們?cè)诔爻捍呋瘽袷竭^(guò)氧化氫氧化（Catalytic Wet Peroxide Oxidation，簡(jiǎn)稱CWPO）和常溫常壓催化濕式空氣氧化（Catalytic Wet Air Oxidation，簡(jiǎn)稱CWAO）工藝中的催化活性。研究了染料在常溫常壓CWAO工藝中的動(dòng)力學(xué)和降解歷程，并將CWAO工藝與生物膜技術(shù)耦合，用于處理實(shí)際染料廢水，取得了理想的處理效果。

3、>　　本文首先以γ-Al2O3為載體，采用浸漬法制備了負(fù)載型的Fe2O3/γ-Al2O3催化劑，對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，并考察了其在常溫常壓CWPO中的催化活性。結(jié)果表明，F(xiàn)e在催化劑中是以斜方體的α-Fe2O3晶體形式存在，其在催化劑中的含量為1.907％；將該催化劑用于常溫常壓CWPO工藝中處理模擬甲基橙染料廢水，處理3h時(shí)廢水的脫色率可達(dá)75%左右。
　　為了提高Fe2O3/γ-Al2O3催化劑的催化活性，采用稀土元素Ce對(duì)其進(jìn)

4、行改性處理，制備了Fe2O3-CeO2/γ-Al2O3催化劑。催化劑的結(jié)構(gòu)分析表明，在Fe2O3-CeO2/γ-Al2O3催化劑中，Ce的摻雜起到了結(jié)構(gòu)助劑和電子助劑的作用，它能夠使催化劑表面的活性組分顆粒粒徑變小，分散度提高，同時(shí)能夠增加催化劑表面吸附氧的含量，從而使催化劑表面的活性點(diǎn)位增加，并加快·OH的產(chǎn)生速度。催化劑活性研究表明，與Fe2O3/γ-Al2O3催化劑相比，催化劑Fe2O3-CeO2/γ-Al2O3的催化活性提高了1

5、0%左右。但Fe2O3-CeO2/γ-Al2O3催化劑在使用過(guò)程中Ce的溶出較為嚴(yán)重。
　　為了進(jìn)一步提高Fe2O3-CeO2/γ-Al2O3催化劑的催化活性并抑制Ce的溶出，采用Ti對(duì)其進(jìn)行改性處理，制備了Fe2O3-CeO2-TiO2/γ-Al2O3催化劑。催化劑的結(jié)構(gòu)分析表明，在Fe2O3-CeO2-TiO2/γ-Al2O3催化劑中，Ti的摻雜起到了結(jié)構(gòu)助劑的作用，它能夠使催化劑表面的活性組分顆粒粒徑更小，分散更加均勻。同時(shí)

6、，催化劑中Ce和Ti以CeO2+TiO2復(fù)合氧化物的形式存在，從而有效地抑制了Ce的溶出。催化劑活性研究表明，與Fe2O3-CeO2/γ-Al2O3催化劑相比，催化劑Fe2O3-CeO2-TiO2/γ-Al2O3的催化活性提高了10%左右。
　　將本文所制得的催化劑用于常溫常壓CWAO工藝中處理模擬偶氮染料廢水，取得了令人滿意的處理效果，與CWPO工藝相比，CWAO工藝具有處理成本低、操作易控制等優(yōu)點(diǎn)。以500mg/L的AO7模擬

7、染料廢水為處理對(duì)象，考察了常溫常壓CWAO工藝處理偶氮染料廢水的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，討論了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)果表明，F(xiàn)e2O3/γ-Al2O3、Fe2O3-CeO2/γ-Al2O3和Fe2O3-CeO2-TiO2/γ-Al2O3三種催化劑所對(duì)應(yīng)的活化能分別為16290.45 J/mol、15387.55 J/mol和14805.57J/mol。
　　本文系統(tǒng)地研究了染料的降解歷程，結(jié)果表明，AO52、AO7、RB5三種染料在常溫常壓CWA

8、O工藝中的降解歷程非常相似，首先主要以C-N鍵斷裂的方式破壞偶氮鍵，然后苯環(huán)結(jié)構(gòu)被破壞。在降解過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生少量帶羰基的中間化合物，但這些中間產(chǎn)物不穩(wěn)定，極易被礦化，因此CWAO工藝對(duì)偶氮染料具有較高的礦化度。
　　本文還對(duì)催化劑的失活原因和再生方法進(jìn)行了深入研究，結(jié)果表明，催化劑在使用過(guò)程中的失活主要是由廢水降解所產(chǎn)生的含C、N和S的中間產(chǎn)物吸附在催化劑表面，掩蓋了催化劑的活性中心而引起的。鹽酸洗＋焙燒法是一種有效的再生方法，

9、通過(guò)該方法再生，催化劑的催化活性可恢復(fù)至新鮮催化劑的90%以上。再生催化劑的結(jié)構(gòu)表征分析表明，催化劑再生之后，其各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)均可基本恢復(fù)至新鮮催化劑的狀態(tài)。
　　本文利用CWAO和生物膜耦合技術(shù)處理某亞麻廠漂染車間的出水，結(jié)果表明，CWAO工藝與生物膜工藝具有很好的兼容性。作為預(yù)處理，CWAO工藝能夠大大提高廢水的可生化性，降低后續(xù)生物處理工序的負(fù)荷，提高生物處理工序的處理效果。作為后處理，CWAO工藝具有很好的深度處理效果，可以