本文關(guān)鍵詞：胺類有機(jī)廢水的降解及其主要副產(chǎn)物的檢測(cè)與處理

  更多相關(guān)文章： 氨氮廢水 離子交換樹脂法 偏二甲肼廢水 光催化法 反應(yīng)機(jī)理

【摘要】：隨著人口的迅速增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,胺類有機(jī)廢水的排放量逐年增加。胺類有機(jī)物是用途廣泛的重要化工原料,具備有毒有害、難生物降解、還會(huì)衍生出一系列的中間產(chǎn)物的特點(diǎn)。若不處理直接排放,對(duì)環(huán)境和人類健康有很大的危害。本文研究的胺類有機(jī)廢水主要包括導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的氨氮,火箭主體燃料偏二甲肼及其中間產(chǎn)物兼潛在致癌物亞硝基二甲胺。離子交換樹脂法和光催化法是兩種操作簡(jiǎn)單,反應(yīng)條件溫和,處理效率高,無二次污染的廢水處理技術(shù),是目前較有發(fā)展前景的胺類廢水處理技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)采用這兩種技術(shù)進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證方法的可行性,并由此得出最佳工藝操作的條件。選用001×7、D001和HD-8三種樹脂對(duì)中低濃度氨氮廢水去除效果的考察,篩選出處理效果最好的HD-8樹脂；在此基礎(chǔ)上,從樹脂用量、溫度、pH值和攪拌時(shí)間四個(gè)因素研究HD-8樹脂對(duì)去除氨氮效果的影響,結(jié)果表明：樹脂用量為3g時(shí)去除氨氮的效率達(dá)到95%,符合工業(yè)上氨氮廢水的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(15mg/L)；時(shí)間為5min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài),樹脂的飽和吸附量為Q=6.32mg/g樹脂；氨氮降解效率隨pH值先增加后減小,受樹脂磺酸基(-S03H)的影響,pH值為6時(shí)效果最好；由于是吸熱反應(yīng),樹脂對(duì)氨氮的去除率隨著溫度的增加而增加。采用四種解吸劑NaCl、HCl、H_2SO4和NaOH對(duì)氨氮的解吸效果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果顯示HC1對(duì)氨氮的解吸效率最高；經(jīng)過5次連續(xù)交換與解吸實(shí)驗(yàn)后,樹脂交換容量變化不大,說明樹脂具有較好的交換性能；在上述最佳的條件下,采用HD-8樹脂以及改性的HD-8樹脂對(duì)偏二甲肼廢水進(jìn)行處理,其降解效率低于70%；研究HD-8樹脂去除氨氮的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)性能,結(jié)果表明此離子交換吸附過程符合Freundlich模型方程和二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,受液膜擴(kuò)散與顆粒擴(kuò)散協(xié)同控制,過程中的表現(xiàn)活化能為7.82kJ/mol,其值小于40kJ/mol,說明該反應(yīng)過程容易進(jìn)行；樹脂對(duì)氨氮吸附過程是自發(fā)過程(△G0),同時(shí)伴隨吸熱反應(yīng)(ΔH0)。采用溶膠-凝膠法制備光催化劑TiO_2和ZnO,將它們運(yùn)用到偏二甲肼廢水的降解實(shí)驗(yàn)中對(duì)比篩選出性能較好的催化劑TiO_2;并將此催化劑用于氨氮廢水的去除中,氨氮去除率達(dá)到95%以上；進(jìn)一步對(duì)TiO_2光催化劑改性以及反應(yīng)條件的優(yōu)化,分別從催化劑用量、活性中心元素(Cu、Fe)及其摻雜量、輔助元素(Zn、Zr、Nd)及其摻雜量、H_2O_2用量、pH值、溫度、偏二甲肼廢水起始濃度、光照時(shí)間、催化劑重復(fù)使用情況九個(gè)方面考察偏二甲肼廢水去除率的影響,結(jié)果表明：當(dāng)催化劑(1%Zr-5%Cu/TiO_2) 0.1g、H_2O_2量0.75mL、光照時(shí)間1 h、pH為7以及溫度為35℃時(shí),偏二甲肼降解率接近100%,COD去除率達(dá)到93.1%,達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),NDMA的含量小于0.02mg/L,幾乎可以忽略不計(jì)；光催化劑經(jīng)過5次重復(fù)利用后,催化效果依然很好,說明光催化劑具有較好的穩(wěn)定性能；對(duì)TiO_2系列光催化劑做了UV-Vis DRS、XRD、SEM以及EDX分析,進(jìn)一步證實(shí)了催化劑的最大吸收波長(zhǎng)(254nm)、晶型(銳鈦礦)、形貌結(jié)構(gòu)(近似球形)、粒徑(10-20nm)以及實(shí)際的元素質(zhì)量百分比。在最優(yōu)條件下,采用紫外-可見全波長(zhǎng)掃描,總碳、總氮、氨氮及副產(chǎn)物NDMA與甲醛的檢測(cè)對(duì)降解過程進(jìn)行監(jiān)控,結(jié)果表明：隨時(shí)間的增加,反應(yīng)液的成分先變得復(fù)雜,后變得簡(jiǎn)單,說明UDMH先轉(zhuǎn)化一些難降解的中間產(chǎn)物(如NDMA),然后慢慢降解直至產(chǎn)物消失,最終達(dá)到降解目的,說明了此反應(yīng)降解的徹底性；使用液質(zhì)聯(lián)用色譜儀檢測(cè)分析出一些中間產(chǎn)物,探索光催化法去除偏二甲肼的降解機(jī)理,反應(yīng)機(jī)理為：光催化劑在光照條件下產(chǎn)生電子-空穴促使H_2O產(chǎn)生·OH,同時(shí)催化H_2O_2產(chǎn)生·OH,·OH主要攻擊偏二甲肼的氨基使偏二甲肼轉(zhuǎn)化成無毒無害的小分子物質(zhì)。
【關(guān)鍵詞】：氨氮廢水 離子交換樹脂法 偏二甲肼廢水 光催化法 反應(yīng)機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X703;O643.36
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 文獻(xiàn)綜述12-24
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 氨氮廢水的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 氨氮廢水的性質(zhì)與來源13
• 1.2.2 氨氮廢水的危害13-14
• 1.2.3 氨氮廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)14
• 1.2.4 氨氮廢水處理方法的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.5 中低濃度氨氮廢水處理方法16-17
• 1.3 偏二甲肼廢水的研究現(xiàn)狀17-22
• 1.3.1 偏二甲胼廢水的性質(zhì)與來源17
• 1.3.2 偏二甲肼廢水的危害17-18
• 1.3.3 偏二甲肼廢水處理方法的研究現(xiàn)狀18
• 1.3.4 高級(jí)氧化技術(shù)的研究進(jìn)展18-20
• 1.3.5 光催化氧化技術(shù)20-21
• 1.3.6 偏二甲肼主要副產(chǎn)物(NDMA)的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.4 研究目的和內(nèi)容22-24
• 1.4.1 研究目的22
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容22-24
• 第二章 離子交換樹脂處理氨氮廢水的研究24-34
• 2.1 藥品、儀器和材料24-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑24
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備24-25
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)材料25
• 2.1.4 實(shí)驗(yàn)試劑25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法26-28
• 2.2.1 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制26
• 2.2.2 樹脂的預(yù)處理26-27
• 2.2.3 樹脂的篩選實(shí)驗(yàn)27
• 2.2.4 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)27-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-32
• 2.3.1 樹脂篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果28-29
• 2.3.2 樹脂的靜態(tài)影響實(shí)驗(yàn)29-32
• 2.4 小結(jié)32-34
• 第三章 樹脂對(duì)氨氮吸附過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究34-43
• 3.1 熱力學(xué)研究34-36
• 3.1.1 吸附等溫模型和行為34-35
• 3.1.2 吸附熱力學(xué)35-36
• 3.2 動(dòng)力學(xué)研究36-37
• 3.2.1 動(dòng)力學(xué)模型36
• 3.2.2 交換速率的控制模型36-37
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法37-38
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論38-42
• 3.4.1 吸附等溫線擬合38-39
• 3.4.2 熱力學(xué)的計(jì)算39-40
• 3.4.3 動(dòng)力學(xué)方程擬合40-41
• 3.4.4 控制模型判斷41-42
• 3.5 小結(jié)42-43
• 第四章 光催化降解偏二甲肼廢水的研究43-66
• 4.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑及儀器43-45
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備43-44
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑44-45
• 4.2 試驗(yàn)方法45-50
• 4.2.1 光催化劑的制備45
• 4.2.2 光催化劑的篩選實(shí)驗(yàn)45-46
• 4.2.3 光催化降解氨氮廢水的實(shí)驗(yàn)46
• 4.2.4 光催化劑的改性實(shí)驗(yàn)46
• 4.2.5 光催化劑的表征46
• 4.2.6 不同因素對(duì)偏二甲肼降解效果的影響實(shí)驗(yàn)46-47
• 4.2.7 偏二甲肼光催化降解過程的監(jiān)控實(shí)驗(yàn)47
• 4.2.8 主要的分析指標(biāo)及分析方法47-50
• 4.3 結(jié)果與討論50-65
• 4.3.1 光催化劑篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果50-51
• 4.3.2 光催化去除氨氮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果51
• 4.3.3 催化劑改性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果51-54
• 4.3.4 光催化劑的表征分析54-57
• 4.3.5 光催化劑性能的研究57-61
• 4.3.6 偏二甲肼降解過程的監(jiān)控實(shí)驗(yàn)結(jié)果61-65
• 4.4 小結(jié)65-66
• 第五章 總結(jié)66-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 讀研期間主要發(fā)表論文73-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1112616