復合型金屬催化劑的制備及臭氧催化氧化對抗生素的降解和機理研究

發(fā)布時間：2020-05-01 22:46

【摘要】：本研究首先采用等體積浸漬法制備不同煅燒終溫下不同比例的錳鈰催化劑,通過多種表征手段及活性對比測試,分析所制備催化劑的物化性質的不同,同時篩選出效果較好的催化劑進行土霉素臭氧催化技術降解最優(yōu)運行參數(shù)的探索,對土霉素在本實驗中的降解路徑及機理進行分析和推斷。最后,選取實際畜禽廢水,進一步研究臭氧催化技術對實際畜禽廢水的處理效果。本論文具體的研究內(nèi)容如下:(1)首先,進行催化劑的制備及表征實驗,利用浸漬法在煅燒終溫500℃/600℃,Mn/Ce(摩爾比):(0.05:0.1,0.1:0.1,0.2:0.1)的條件下進行制備,利用XRD,SEM,BET,ICP等的表征結果來看:MJn02和Ce02被成功的負載于Y氧化鋁載體上。相同活性組分濃度配比煅燒溫度600℃較500℃更能提升負載于載體的錳、鈰組分的結晶程度,BET比表面積,載體表面產(chǎn)生的羥基密度等;而相同煅燒終溫下,活性組分配比中Mn所占比重的增加對催化劑制備產(chǎn)生了負面影響,降低了活性組分的結晶程度,比表面積。當Mn/Ce(摩爾比):(0.05:0.1)時催化劑理化特性最好。ESR檢測顯示該濃度配比下煅燒終溫600℃的催化劑產(chǎn)生羥基自由基濃度更高。以土霉素為污染物的催化臭氧活性測試顯示:在pH=7的條件下,終溫600℃Mn:Ce=0.05:0.1的催化劑效果最好,降解速率常數(shù)K值為最高值2.98×10-3,最高可以去除土霉素廢水中72%的COD值,臭氧利用率到達約2.16。(2)在pH=7的條件下,采用篩選出的最優(yōu)催化劑催化臭氧處理COD值300mg/L的土霉素模擬廢水,研究最優(yōu)系統(tǒng)運行參數(shù),在臭氧投加量為150mg/L,有效接觸時間t為34min時,可獲得最佳處理效果。采用最佳的實驗條件經(jīng)過多組重復實驗可知,催化劑具有較高的穩(wěn)定性,COD的去除率穩(wěn)定在80%左右,臭氧化系數(shù)為2以上。通過對土霉素催化臭氧氧化過程中多種降解路徑的研究,推斷該過程如下:大部分土霉素首先以吸附的形式被集中于催化劑表面,存在小部分土霉素與臭氧直接氧化反應的現(xiàn)象。與此同時,臭氧吸附于催化劑表面與表面羥基進行結合,從而分解轉化為羥基自由基。生成的羥基自由基與在催化劑表面的土霉素直接進行礦化降解。過量的羥基自由基釋放到溶液中對水中副產(chǎn)物進行深度降解,實現(xiàn)對土霉素的完全降解。利用GC/MS,LC/MS對降解過程中副產(chǎn)物進行檢測,并對微觀降解過程進行合理推斷。(3)催化劑穩(wěn)定性實驗結果表明,耐堿實驗顯示pH=13的堿液可使催化劑明顯失活,經(jīng)酸浸泡可使活性恢復。無機鹽離子的研究中顯示,中性條件下,150mg/L的碳酸鈉和磷酸一氫鈉均可將催化處理效果抑制26%以上,而等量磷酸鈉的加入則不會造成抑制效果。(4)針對畜禽實際廢水的處理,添加本實驗催化劑的臭氧過程與單純的臭氧氧化相比較,COD的去除率提高了 23%。證明自制催化劑處理實際廢水有較好的效果。處理實際畜禽廢水的最佳條件是:臭氧投加量200mg/L,有效接觸時間24min,初始溶液為pH=7,UV254去除率為77.4%、TOC去除率為52%、COD去除率也達到55.4%。根據(jù)以上實驗結果可知,去除水中COD,TOC同時污水UV254值也明顯下降,說明水中含苯環(huán)類和雙鍵類污染物被明顯降解。
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