水污染是人類社會面臨的最嚴峻的挑戰(zhàn)之一。在污水中存在的各種污染物中,難降解有機污染物由于其高毒性而引起關(guān)注。難降解有機廢水經(jīng)簡單的生物處理后不能達到國家規(guī)定的排放標準。本文分別以難降解的工業(yè)有機廢水(制漿造紙廢水)和模型有機污染物亞甲基藍溶液為研究對象,探討了催化臭氧氧化降解制漿造紙廢水和Pd@木材復(fù)合催化劑催化降解亞甲基藍溶液的反應(yīng)性能和機理。本研究首先制備了效率高,成本低的活性炭負載水鐵礦(Fe@AC)催化劑,并用于催化臭氧氧化降解難生化降解的造紙廢水。通過定時檢測催化臭氧氧化處理后得廢水的色度和化學(xué)需氧量(COD)的變化,來定量表征該催化劑的催化活性。結(jié)果表明,在臭氧氧化反應(yīng)體系中引入Fe@AC催化劑后,Fe@AC/O_3工藝對該廢水的COD去除率提高了21%。在Fe@AC/O_3工藝中,經(jīng)過60分鐘反應(yīng)后,造紙廢水的COD去除率達到56%;而使用活性炭(AC)作為催化劑,COD去除率為43%;單獨臭氧處理工藝的COD去除率最低,約為35%。此外,單獨臭氧氧處理造紙廢水可獲得不錯的色度除去效果。由于碳酸根和碳酸氫根離子對羥基自由基的清除作用,在Fe@AC/O_3反應(yīng)體系中引入這兩種離子后,廢水的COD去除速率顯著降低。其次,本研究制備了新型的高效的γ-Al_2O_3負載α-Fe_2O_3催化劑(α-Fe_2O_3/γ-Al_2O_3),并用其催化臭氧氧化降解難生化降解的造紙廢水。結(jié)果表明,與單獨臭氧氧化處理過程相比,γ-Al_2O_3負載α-Fe_2O_3催化臭氧氧化處理(α-Fe_2O_3/γ-Al_2O_3/O_3)廢水60分鐘后,造紙廢水的總有機碳(TOC)的去除率提高了25%。在反應(yīng)60分鐘后,α-Fe_2O_3/γ-Al_2O_3/O_3工藝處理對造紙廢水的TOC的去除率達到51%,而γ-Al_2O_3/O_3工藝處理對造紙廢水的TOC去除率僅為37%,單獨臭氧氧化過程對廢水的TOC去除率最低,約為26%。在α-Fe_2O_3/γ-Al_2O_3/O_3處理工藝中加入叔丁醇后,廢水的TOC去除率明顯降低,這表明α-Fe_2O_3/γ-Al_2O_3/O_3工藝過程處理廢水遵循羥基自由基反應(yīng)機理。此外,所制備的α-Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化劑具有良好的穩(wěn)定性和可回收性,具有實際應(yīng)用潛力。本研究還開發(fā)了一種新型的高效的氧化鋁負載銅-鈰復(fù)合金屬氧化物催化劑(Cu-Ce/Al_2O_3),用于催化臭氧氧化處理制漿造紙廠水處理車間二沉池出水。這兩種復(fù)合金屬氧化物在催化劑載體內(nèi)均勻分布,發(fā)揮著協(xié)同催化效應(yīng),顯著提高了臭氧氧化反應(yīng)對工業(yè)有機廢水的降解效率。與Ce/Al_2O_3/O_3,Cu/Al_2O_3/O_3,Al_2O_3/O_3和單獨臭氧氧化工藝相比,Cu-Ce/Al_2O_3/O_3工藝使廢水的TOC去除率分別提高了6.5%,9.5%,24.5%和35.5%。與其它廢水處理工藝相比,Cu-Ce/Al_2O_3/O_3工藝處理效果更好,這主要是由于O_3,催化劑載體Al_2O_3,和沉積的Cu,Ce的氧化物之間的相互作用,使得廢水中溶解的臭氧分子快速分解產(chǎn)生大量的強氧化性的羥基,從而提高了反應(yīng)體系的催化性能。本研究中所制備的Cu-Ce/Al_2O_3催化劑具有高效,穩(wěn)定,制備方法簡單和可重復(fù)使用的優(yōu)點,具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。由于天然木材具有獨特的三維的相互交聯(lián)的微觀多孔結(jié)構(gòu),如沿樹木生長方向有排列整齊的導(dǎo)管和管胞,以及這些導(dǎo)管和管胞內(nèi)襯一些尺寸更小的微觀通道(紋孔,納米孔和射線細胞),使得木材非常適合用于制備經(jīng)濟高效的膜分離材料。本研究最后通過水熱法在天然木材基濾膜內(nèi)原位生成Pd納米顆粒,開發(fā)出了一種新型的交叉錯流過濾裝置(Pd@木材復(fù)合催化劑)用于模型污染物的催化降解。模型污染物可沿著垂直于樹木生長方向移動來通過射線細胞,紋孔和納米孔,同時還可以流過沿著樹木生長方向的導(dǎo)管和管胞。當(dāng)廢水流過直徑較小的射線細胞,紋孔和納米孔時,可以產(chǎn)生強烈的擾動,有助于實現(xiàn)有機污染物-催化劑之間強烈的相互作用。當(dāng)用該交叉錯流過濾裝置來降解模型污染物亞甲基藍時,降解速度高達1.1×10~5 L·m~(-2)·h~(-1),降解效率高達~99.8%,轉(zhuǎn)換頻率高達2.2 mol_(MB)·mol_(Pd)~(-1)·min~(-1),這個值要大于文獻中報道的其它的Pd基催化劑材料。這種高性能的交叉錯流過濾裝置為有機廢水的快速催化降解反應(yīng)提供了新的材料平臺,同時可以擴展到其它水處理應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X703;O643.36
【部分圖文】：

圖 1-1 多孔的 β-環(huán)糊精高分子聚合物的合成過程(a), β-環(huán)糊精高分子聚合的比表面積(b)和孔容積(c)[21]Fig. 1-1 (a) The synthesis processes of the high-surface-area porous β-cyclodextrin polymer.The Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area (b) and cumulative pore volume (c) of theβ-cyclodextrin polymer[21]此外，如圖 1-2 所示，一些多孔的金屬有機框架材料可以和廢水中的污染物質(zhì)發(fā)生靜電作用而相互吸引，可以高效地吸附除去有機廢水中的有機污染物，如甲基橙和亞甲基藍等[22]。

-2 金屬有機框架材料除去廢水中有機污染物的吸附機理：(a)陰離子甲基橙和孔的鉻-苯二甲酸酯金屬有機框架材料架之間的靜電作用(b)甲基橙和亞甲藍與對苯二甲酸鐵金屬有機骨架材料之間的靜電作用[22]ig. 1-2 The adsorption mechanisms of dyes by metal-organic framework material: electrostatic interaction between anionic methyl orange and cationic metal-organrameworks，chromium-benzenedicarboxylates. (b) Electrostatic interaction betweethyl orange and methylene blue dyes and the metal-organic framework material, terephthalate[22].2 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)中的濾膜按其孔徑的大小可分為微濾膜(MF)、超濾膜(MF)、納濾膜滲透膜(RO)。按照使用的材料劃分，有無機膜和有機膜之分。其中無機膜處理

第一章 緒 論理機械截留和吸附截留。廢水通過膜分離處理后，一般可明顯降低廢水中的大分子污染物、懸浮污染物、病原體和抗生素等物質(zhì)的含量[23]。如圖 1-3 所示，Ling 等人最近開發(fā)了一種仿生多層水凈化膜，這種仿生多層水凈是以絲綢納米纖維和羥基磷灰石為原料，經(jīng)真空抽濾而制成的仿生多層水凈化膜[24]。實驗證明仿生多層水凈化膜可以有效地凈化有機染料廢水，如阿爾新藍和羅丹，去除率高達 98%[24]。

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李大東;;荷蘭AKZO公司1988年催化劑年會概況[J];石油煉制與化工;1989年08期

2 關(guān)磊;張博;任浩;張力嬙;;CO_2轉(zhuǎn)化新型催化劑的研究進展[J];化工新型材料;2018年10期

3 徐君庭,封麟先;茂金屬催化劑負載化研究進展[J];石油化工;1998年07期

4 龔文朋;楊水金;;合成蘋果酯催化劑的研究新進展[J];甘肅石油和化工;2013年03期

5 孫煒巖;白杰;李春萍;劉進榮;;銀系催化劑催化苯乙烯氧化反應(yīng)的應(yīng)用[J];化學(xué)通報;2019年06期

6 張偉;龐月森;;TiO_2光催化劑負載改性和摻雜改性的方法綜述[J];湖南城市學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2017年02期

7 趙瑞環(huán);于才淵;李爍;畢秋實;王喜忠;;基于過渡金屬的低溫選擇性脫硝催化劑的制備與性能[J];化工進展;2017年S1期

8 郜子興;楊文玲;;催化臭氧化處理抗生素廢水催化劑的制備[J];水處理技術(shù);2018年03期

9 ;新型催化劑可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇[J];中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考;2018年11期

10 牛量;于濤;張曉;陳冰冰;石川;金星;;甲烷二氧化碳重整制合成氣催化劑的研究進展[J];吉林化工學(xué)院學(xué)報;2018年11期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王策;彭龍貴;張巧巧;邱璐瑩;張再勇;;TiO_2光催化劑負載膨潤土材料的制備及催化降解研究[A];2014中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇摘要集[C];2014年

2 顏德健;陳烽;夏s

本文編號：2808603