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

  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)機理

【摘要】：隨著人口的迅速增長和經(jīng)濟的快速發(fā)展,胺類有機廢水的排放量逐年增加。胺類有機物是用途廣泛的重要化工原料,具備有毒有害、難生物降解、還會衍生出一系列的中間產(chǎn)物的特點。若不處理直接排放,對環(huán)境和人類健康有很大的危害。本文研究的胺類有機廢水主要包括導(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)。本實驗采用這兩種技術(shù)進行系列實驗來驗證方法的可行性,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值和攪拌時間四個因素研究HD-8樹脂對去除氨氮效果的影響,結(jié)果表明：樹脂用量為3g時去除氨氮的效率達到95%,符合工業(yè)上氨氮廢水的一級排放標準(15mg/L)；時間為5min時達到平衡狀態(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時效果最好；由于是吸熱反應(yīng),樹脂對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對氨氮的解吸效果進行對比,結(jié)果顯示HC1對氨氮的解吸效率最高；經(jīng)過5次連續(xù)交換與解吸實驗后,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樹脂對偏二甲肼廢水進行處理,其降解效率低于70%；研究HD-8樹脂去除氨氮的動力學(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模型方程和二級動力學(xué)方程,受液膜擴散與顆粒擴散協(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)過程容易進行；樹脂對氨氮吸附過程是自發(fā)過程(△G0),同時伴隨吸熱反應(yīng)(ΔH0)。采用溶膠-凝膠法制備光催化劑TiO_2和ZnO,將它們運用到偏二甲肼廢水的降解實驗中對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,氨氮去除率達到95%以上；進一步對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、光照時間、催化劑重復(fù)使用情況九個方面考察偏二甲肼廢水去除率的影響,結(jié)果表明：當催化劑(1%Zr-5%Cu/TiO_2) 0.1g、H_2O_2量0.75mL、光照時間1 h、pH為7以及溫度為35℃時,偏二甲肼降解率接近100%,COD去除率達到93.1%,達到國家一級排放標準,NDMA的含量小于0.02mg/L,幾乎可以忽略不計；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TiO_2系列光催化劑做了UV-Vis DRS、XRD、SEM以及EDX分析,進一步證實了催化劑的最大吸收波長(254nm)、晶型(銳鈦礦)、形貌結(jié)構(gòu)(近似球形)、粒徑(10-20nm)以及實際的元素質(zhì)量百分比。在最優(yōu)條件下,采用紫外-可見全波長掃描,總碳、總氮、氨氮及副產(chǎn)物NDMA與甲醛的檢測對降解過程進行監(jiān)控,結(jié)果表明：隨時間的增加,反應(yīng)液的成分先變得復(fù)雜,后變得簡單,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理,反應(yīng)機理為：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)機理
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703;O643.36
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 文獻綜述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 氨氮廢水的排放標準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 高級氧化技術(shù)的研究進展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 研究內(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 實驗試劑24
• 2.1.2 實驗儀器與設(shè)備24-25
• 2.1.3 實驗材料25
• 2.1.4 實驗試劑25-26
• 2.2 實驗方法26-28
• 2.2.1 氨氮標準曲線的繪制26
• 2.2.2 樹脂的預(yù)處理26-27
• 2.2.3 樹脂的篩選實驗27
• 2.2.4 靜態(tài)實驗27-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-32
• 2.3.1 樹脂篩選實驗結(jié)果28-29
• 2.3.2 樹脂的靜態(tài)影響實驗29-32
• 2.4 小結(jié)32-34
• 第三章 樹脂對氨氮吸附過程的熱力學(xué)和動力學(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 動力學(xué)研究36-37
• 3.2.1 動力學(xué)模型36
• 3.2.2 交換速率的控制模型36-37
• 3.3 實驗方法37-38
• 3.4 實驗結(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)的計算39-40
• 3.4.3 動力學(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 實驗所用試劑及儀器43-45
• 4.1.1 實驗儀器與設(shè)備43-44
• 4.1.2 實驗試劑44-45
• 4.2 試驗方法45-50
• 4.2.1 光催化劑的制備45
• 4.2.2 光催化劑的篩選實驗45-46
• 4.2.3 光催化降解氨氮廢水的實驗46
• 4.2.4 光催化劑的改性實驗46
• 4.2.5 光催化劑的表征46
• 4.2.6 不同因素對偏二甲肼降解效果的影響實驗46-47
• 4.2.7 偏二甲肼光催化降解過程的監(jiān)控實驗47
• 4.2.8 主要的分析指標及分析方法47-50
• 4.3 結(jié)果與討論50-65
• 4.3.1 光催化劑篩選實驗結(jié)果50-51
• 4.3.2 光催化去除氨氮的實驗結(jié)果51
• 4.3.3 催化劑改性的實驗結(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)控實驗結(jié)果61-65
• 4.4 小結(jié)65-66
• 第五章 總結(jié)66-68
• 參考文獻68-73
• 讀研期間主要發(fā)表論文73-74
• 致謝74

【參考文獻】

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本文編號：1112616