【摘要】：焦化生產(chǎn)企業(yè)是難降解有機(jī)廢水主要來源之一,為了響應(yīng)國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)“十三五”發(fā)展規(guī)劃,對于焦化廢水尾水進(jìn)行穩(wěn)定、高效的深度處理不可或缺。在焦化廢水尾水的深度處理領(lǐng)域,非均相催化臭氧化技術(shù)由于其優(yōu)異的有機(jī)物氧化效能一直是研究熱點(diǎn)。因此,本研究通過優(yōu)化前驅(qū)物陰陽離子制備一種催化性能優(yōu)越的錳基催化劑,將其應(yīng)用于催化臭氧化處理焦化廢水尾水,并通過催化臭氧化工藝參數(shù)的優(yōu)化,確定了一種出水可達(dá)GB16171-2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的焦化廢水尾水深度處理方法。主要研究結(jié)論如下:(1)通過單因素實(shí)驗(yàn),確定錳基催化劑的氧化還原沉淀法制備條件為:沉淀pH為1.5,初始Mn~(2+)和Mn~(7+)摩爾比為3:1,煅燒時(shí)間為4.5h,最高煅燒溫度為400℃。在該制備方法的基礎(chǔ)上,對四種前驅(qū)物陰離子(NO_3~-、AC~-、SO_4~(2-)、Cl~-)對于錳基催化劑的影響進(jìn)行了研究。應(yīng)用四種不同前驅(qū)陰離子制備的錳基催化劑A_1(SO_4~(2-))、A_2(AC~-)、A_3(Cl~-)、A_4(NO_3~-)催化臭氧化處理焦化尾水模擬廢水,四種催化劑催化活性大小順序?yàn)锳_4(NO_3~-)A_2(AC~-)A_1(SO_4~(2-))A_3(Cl~-)。根據(jù)四種催化劑的BET、XRD、XPS的表征結(jié)果,四種催化劑的晶型結(jié)構(gòu)、比表面積、表面元素價(jià)態(tài)存在明顯差異,其中催化劑A_4(NO_3~-)比表面積大、晶粒尺寸小、晶體缺陷多、Mn~(3+)和吸附氧的相對含量高,在這些結(jié)構(gòu)特性的共同作用下,催化劑A_4(NO_3~-)的催化活性較高。(2)在單組份錳基催化劑A_4(NO_3~-)的基礎(chǔ)上,分別引入三種前驅(qū)物陽離子Ce~(3+)、Fe~(3+)、Cu~(2+)制備復(fù)合催化劑。通過改變每種金屬離子的引入濃度制備了三個(gè)系列的復(fù)合催化劑Mn-Fe(5%-40%)、Mn-Cu(5%-30%)、Mn-Ce(5%-30%),每個(gè)系列中催化活性較強(qiáng)的催化劑分別為Mn-Fe(30%)、Mn-Cu(20%)、Mn-Ce(15%)。在pH=7,溫度為15℃,臭氧濃度為2.6mg/L的條件下,反應(yīng)到120min,使用復(fù)合催化劑Mn-Fe(30%)、Mn-Cu(20%)、Mn-Ce(15%)時(shí)的水中COD去除率分別為34.99%、51.42%、27.73%。根據(jù)三種復(fù)合催化劑的BET、XRD、XPS的表征結(jié)果,與單組份催化劑A_4(NO_3~-)相比,三種金屬離子的引入均一定程度的改變了催化劑的結(jié)構(gòu)特性,其中Ce~(3+)的引入增大了催化劑的比表面積,減小了催化劑的平均晶體尺寸,提高了催化劑表面Mn~(3+)和吸附氧的相對含量,最終造成催化劑的催化性能增強(qiáng)。而Cu~(2+)和Fe~(3+)的引入均減小催化劑的有效比表面積,活性反應(yīng)位點(diǎn)的減少導(dǎo)致了催化劑催化活性的減弱。(3)采用優(yōu)化制備的錳基催化劑催化臭氧化處理實(shí)際焦化廢水尾水,通過優(yōu)化催化臭氧化工藝參數(shù),確定在水的初始pH值為7.2,氣體流量為2L/min,臭氧濃度為3.5mg/L,催化劑投加量為6g/L,反應(yīng)溫度為35±1℃的反應(yīng)條件下,反應(yīng)到120min時(shí),水中COD剩余濃度為60.3mg/L,水的色度在5倍以下,水質(zhì)可達(dá)到GB16171-2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X784;TQ426
【圖文】：

研究路線圖

1 專用氧化劑 / / 承德華通環(huán)保儀器有限公司2 硫酸汞 HgSO4AR 上海展云化工有限公司3 納氏試劑 / AR 國藥化學(xué)試劑有限公司4 酒石酸鉀鈉 KNaC4H6·4H2O AR 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠2 氯化銨 NH4Cl AR 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠3 氫氧化鈉 NaOH AR 國藥化學(xué)試劑有限公司4 鹽酸 HCl AR 上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司5 硫酸 H2SO4AR 上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司6 苯胺 C6H5NH2GR 上海展云化工有限公司7 環(huán)己酮 C6H10O GR 上海展云化工有限公司8 硫代硫酸鈉 Na2S2O3AR 上海展云化工有限公司9 碘化鉀 KI AR 上海展云化工有限公司0 硝酸 HNO3AR 上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司3 試驗(yàn)裝置（Experiment equipments ）

素實(shí)驗(yàn)（Single-factor experiments）單易行的氧化還原沉淀方法制備錳基催化劑，催化劑的制性能有重要的影響，如沉淀 pH 值、前驅(qū)物摩爾比、煅燒會影響到催化劑催化臭氧化焦化廢水模擬廢水（環(huán)己酮。本文旨在探究前驅(qū)物陰陽離子對錳基催化劑催化臭氧能優(yōu)越的錳基催化劑，因此，首先通過單因素實(shí)驗(yàn)確定驅(qū)物摩爾比、煅燒溫度以及煅燒時(shí)間。同沉淀 pH 值劑的制備過程中，固定初始 Mn2+和 Mn7+摩爾比為 5:2，，煅燒時(shí)間為 4.5h，在還原劑和氧化劑混合均勻靜置一段溶液調(diào)節(jié)混合液的 pH 分別為 1.5、4、7、9、11，最終得的錳基催化劑。圖 3-1 為不同沉淀 pH 值制備的錳基催化劑水尾水模擬廢水（環(huán)己酮:苯胺=20:1）的 COD 變化。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2749065