【摘要】：焦化脫硫廢液是焦爐煤氣凈化過程中產(chǎn)生的含有大量有機物與無機鹽的高濃度工業(yè)廢水。其成分復雜、難降解,在焦化廢水中占有很大比重,對后續(xù)工藝以及整個水處理系統(tǒng)的沖擊較大。傳統(tǒng)的處理工藝對焦化脫硫廢液中污染物降解有一定困難。隨著環(huán)境保護對焦化脫硫廢液中污染物的排放提出了更嚴格要求,需要開發(fā)一種綠色高效的處理方法。超臨界催化氧化技術(shù)作為一種新穎、高效的污染物處理技術(shù),對高含有機物的工業(yè)廢水有著很好的去除效果。本文以武鋼焦化廠煙氣脫硫工段產(chǎn)生的脫硫廢液為研究對象,在總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎上,對水質(zhì)進行了分析,采用超臨界催化氧化技術(shù)對焦化脫硫廢液中的污染物降解進行了系統(tǒng)的研究。主要研究結(jié)果如下:(1)以鈦板為載體,利用電化學腐蝕的方法增加載體的比表面積,再采用涂覆法將Ir-Ta活性組分負載在載體上,最后高溫焙燒制備出比表面積為52.63 m2/g的Ir-Ta/Ti催化劑,通過熱分析等表征研究得出最適的制備條件為:每次涂覆后在120℃烘箱內(nèi)干燥10-15 min,500℃馬弗爐內(nèi)焙燒10 min,最后一次在500℃馬弗爐內(nèi)燒結(jié)1 h。(2)以蜂窩堇青石為載體,利用酸腐蝕的方法增加載體的比表面積,在對酸蝕后載體進行強化和改性后,再采用涂覆法將Ir-Ta活性組分負載在載體上,最后高溫焙燒制備出比表面積為37.27 m2/g的Ir-Ta/Al Ce-Cord催化劑,通過熱分析等表征研究得出最適的制備條件為:堇青石載體經(jīng)過20%的乙二酸溶液酸蝕1 h后,120℃干燥2 h,500℃焙燒4 h;表面強化與改性過程選擇溫度120℃,干燥1 h,焙燒溫度為500℃,焙燒4 h;Ir-Ta活性組分負載過程中干燥溫度為120℃,每次10-15 min,焙燒溫度為500℃,每次10 min,最后一次在500℃下氧化燒結(jié)1 h。(3)考察不同影響因素(催化劑、溫度、壓力、反應時間和過氧比)對脫硫廢液中COD和氨氮去除率的影響,結(jié)果表明加入催化劑對污染物,特別是氨氮的降解有明顯提高,結(jié)果可以歸結(jié)于氨氮在活性組分Ir O2上的降解作用;反應溫度、停留時間和過氧比的提高也會提高COD和氨氮的去除率,但反應壓力對COD和氨氮去除率的影響則較小。(4)采用響應面法(RSM)優(yōu)化SCWO處理脫硫廢液的各項影響因素,通過中心復合設計(CCD)建立COD、氨氮去除率的二次回歸模型,確定各因素之間交互作用的顯著性。通過RSM對試驗參數(shù)進行優(yōu)化,在滿足廢水排放要求的前提下,盡可能選擇溫度較低,壓力較小的反應條件,所確定的最適反應參數(shù)為溫度440℃、壓力24 MPa、反應時間60 s和過氧比2倍。此操作參數(shù)下,使用Ir-Ta/Ti催化劑時COD和氨氮的去除率分別高達99.89%和98.55%,使用Ir-Ta/Al Ce-Cord催化劑時COD和氨氮的去除率分別高達99.73%和98.41%,預測值和試驗值之間的誤差小于5%,所建模型切實可行。(5)對不同條件下脫硫廢液中COD的去除進行動力學研究,在380-460℃、壓力24 MPa和過氧比2倍條件下,使用Ir-Ta/Ti催化劑時的反應活化能為45.18k J/mol,指前因子為54.05 s-1;使用Ir-Ta/Al Ce-Cord催化劑時表明的反應活化能為48.11 k J/mol,指前因子為97.51 s-1;無催化劑時的反應活化能為100.59 k J/mol,指前因子為27.9×104 s-1。自制催化劑的加入能明顯降低反應活化能,降低反應溫度,提高反應速率。(6)利用基于密度泛函理論的量子化學軟件Materials Studio對超臨界催化氧化反應過程中喹啉和吡啶的轉(zhuǎn)化過程進行了推測,得出了可能的降解路徑,并結(jié)合GC-MS對預測進行驗證。
【學位授予單位】：武漢科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X784

【參考文獻】

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本文編號：2685850