【摘要】：制漿造紙廢水成分復雜、有機物濃度高、色度深、含有毒性污染物,屬難生物降解工業(yè)廢水。其中的木素及其衍生物是制漿和漂白過程中產(chǎn)生的主要有機污染物,是造成制漿造紙廢水經(jīng)二級生物處理后仍具有較高的化學需氧量、較深的顏色、不能滿足排放標準的主要污染物。本論文較系統(tǒng)地研究了活性炭負載金屬氧化物催化臭氧氧化降解木素衍生物(丁香酚、愈創(chuàng)木酚、藜蘆醇)的效果及規(guī)律,并對機理進行初步探討,為催化臭氧-生物處理聯(lián)合工藝和催化臭氧技術在降解造紙廢水中的木素衍生物及其他難降解有機污染物的的實際應用提供了重要的科學數(shù)據(jù)。首先制備了活性炭負載金屬氧化物催化劑(Fe/AC、Cu/AC、Ni/AC),并對制備的催化劑進行表征,結(jié)果表明:制備的Fe/AC、Cu/AC、Ni/AC催化劑的活性炭表面上分別成功負載了活性組分Fe_2O_3、CuO和Cu_2O、NiO。應用制備的催化劑催化臭氧氧化降解木素衍生物,考察催化劑種類、負載量、加入量和初始pH對催化臭氧氧化降解木素衍生物過程中COD_(Cr)去除效果的影響,并對降解過程中COD_(Cr)的去除反應動力學進行研究。結(jié)果表明:催化劑負載的活性組分特性對臭氧氧化降解木素衍生物有重要的影響,不同的活性組分對臭氧氧化降解不同木素衍生物具有不同的催化活性,其中Fe/AC催化劑催化臭氧處理丁香酚具有最高的催化活性,在pH為11、負載量3%、Fe/AC加入量0.5 g/L條件下,反應60 min后COD_(Cr)去除率達到91.2%;Cu/AC催化劑對臭氧處理愈創(chuàng)木酚具有最高的催化活性,在pH為11、負載量3%、Cu/AC加入量1.0 g/L條件下,反應60 min后COD_(Cr)去除率達到90.29%;Ni/AC催化劑對臭氧處理藜蘆醇具有最高的催化活性,在pH為11、負載量5%、Ni/AC加入量1.5 g/L條件下,反應60 min后COD_(Cr)去除率達到92.95%,表明不同催化劑種類催化臭氧氧化降解不同木素衍生物過程中COD_(Cr)去除效果不同。動力學分析表明:催化臭氧氧化降解木素衍生物過程中,COD_(Cr)的降解過程符合表觀二級動力學規(guī)律,AC上負載的活性組分有效提高了動力學速率常數(shù),加快了木素衍生物降解的速率。其次,可生化性分析表明:Fe/AC、Cu/AC和Ni/AC催化臭氧處理能顯著提高木素衍生物的可生化性。在催化氧化時間為60 min時,丁香酚、愈創(chuàng)木酚、藜蘆醇的BOD_5/COD_(Cr)分別達到0.59、0.46和0.61。自由基捕獲劑投加實驗表明:Fe/AC、Cu/AC和Ni/AC催化臭氧氧化過程中木素衍生物的降解反應過程遵循羥基自由基反應機理,·OH在木素衍生物的降解過程中發(fā)揮關鍵作用。UV-Vis吸收光譜和GC-MS分析表明:在Fe/AC、Cu/AC和Ni/AC催化臭氧化過程中,木素衍生物的結(jié)構(gòu)被破壞,生成中間產(chǎn)物,中間產(chǎn)物經(jīng)過一系列的反應后降解,使木素衍生物模擬廢水中難降解物質(zhì)逐漸減少,這對木素衍生物模擬廢水處理產(chǎn)生了積極的影響,可能是木素衍生物可生化性改善的主要原因。最后,應用制備的催化劑催化臭氧處理制漿造紙廢水,結(jié)果表明:廢水中的木素衍生物等污染物在反應過程中被逐漸降解去除。制備的催化劑處理制漿造紙廢水對COD_(Cr)的去除效果從大到小順序為Ni/ACFe/ACCu/AC。廢水中污染物的降解反應遵循羥基自由基反應機理,廢水COD_(Cr)的去除符合表觀二級動力學規(guī)律,活性炭負載的活性組分有效提高了反應的動力學速率。催化臭氧處理能較大地提高制漿造紙廢水的BOD_5/COD_(Cr)值,在反應時間為60 min時,BOD_5/COD_(Cr)達到0.61,比0 min時提高了35倍。表明催化臭氧技術可以作為生物處理的預處理方法,有效提高后續(xù)生物處理降解制漿造紙廢水中木素衍生物等污染物的效率。
【圖文】：

理吸附儀 ASAP 2020 美國麥克儀器公司外可見分光光度計相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀DR6000Agilent 5973美國哈希有限公司美國安捷倫有限公司 實驗方法1 催化臭氧氧化實驗方法催化臭氧氧化實驗裝置如圖 2-1 所示。取水樣 500 mL，用 25%H2SO4（質(zhì)量分和 10%NaOH（質(zhì)量分數(shù)）溶液調(diào)節(jié)至所需 pH 值，加入到反應器中。在反應一定量的催化劑，并放置在恒溫磁力攪拌器上，溫度為 25℃。氧氣依次經(jīng)過氣體流量計后進入臭氧發(fā)生器，反應系統(tǒng)的臭氧通過位于反應器底部的微孔頭（平均微孔直徑 80~100 μm）提供，通入氣體流量 1 L/min，臭氧質(zhì)量濃度。廢水經(jīng)臭氧處理一定時間后取樣，經(jīng) 0.45 μm 濾膜過濾后測定廢水的 C

華南理工大學碩士學位論文 催化劑制備及使用活性炭(Activated carbon，20-60 目)經(jīng)煮沸 1 h 并冷卻、抽濾后，用去離子至上清液澄清，依次用 15%硝酸溶液（質(zhì)量分數(shù)）、15%氫氧化鈉溶液（浸泡后洗至中性，置于烘箱中于 105℃下干燥 8 h，之后放入干燥器備用。 AC 顆粒浸漬在不同質(zhì)量濃度的 Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、Ni(NO3)2溶液中，振蕩器中以 150 r/min 的速率震蕩 12 h，濾去多余的浸漬液，于 105°C 下干入以氮氣作為保護氣體的管式爐中，以 3 °C/min 的升溫速率加熱至 650°C 3 h，冷卻后即獲得不同負載量的 Fe/AC、Cu/AC 和 Ni/AC 催化劑。反應劑從廢水中過濾分離出來，，去離子水清洗干凈并風干，應用回收的風干的重復性實驗。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X793

【參考文獻】

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本文編號：2635170