酚類化合物廣泛存在于石油化工廠、樹脂廠、焦化廠、煉油化工廠等排放的廢水中,對這些含酚廢水的處理日益引起人們的重視。使用固體催化劑的多相催化臭氧化技術(shù)可以有效地降解和消除這些有害污染物,具有很好的應(yīng)用前景,成為研究的熱點(diǎn)問題�；钚蕴康奈焦に囋谒幚碇械玫搅藦V泛的應(yīng)用,但是活性炭在吸附過程中很容易達(dá)到飽和,需要再生,甚至更換,因此再生或更換的高成本限制了其應(yīng)用的廣度和深度�；钚蕴课胶统粞趸穆�(lián)合使用可以對水中有機(jī)物的降解提供很強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng),克服單獨(dú)吸附和臭氧化的各自缺點(diǎn),提高處理效率。而活性炭纖維富含直接開口于表面的微孔,具有較快的吸附速率和優(yōu)異的吸附性能。本文以苯酚和2,4-二氯苯酚為目標(biāo)污染物,研究并比較了活性炭和活性炭纖維催化臭氧化過程中的影響因素,以及臭氧化過程對炭表面性能的影響;同時考察了活性炭和活性炭纖維對聚氧乙烯脂肪醇醚煉油廢水的臭氧化降解。 研究了活性炭和活性炭纖維催化臭氧化降解苯酚和2,4-二氯苯酚的影響因素,考察了不同孔結(jié)構(gòu)參數(shù)、炭的用量、初始pH值、進(jìn)氣流量以及初始酚濃度對處理過程的影響。雖然二次活化后活性炭和活性炭纖維的比表面積和總孔體積增加,導(dǎo)致其對水中酚類化合物的吸附性能明顯提高,但是二次活化對于活性炭的催化臭氧化性能幾乎沒有影響,而對于活性炭纖維的催化性能僅有較小的提高。炭表面上的催化臭氧化反應(yīng)速率較快,只有開口在外表面上、具有較快吸附速率的孔才起到了催化作用,因此,二次活化后活性炭顆粒內(nèi)部的成孔幾乎不起作用,而活性炭纖維的大部分成孔仍然開口在纖維外表面,使得催化性能提高。催化劑的用量和進(jìn)氣流量增加能夠提高臭氧化的效率,但只有增加催化劑用量才能顯著增加臭氧化效率,而活性炭纖維獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)使其對酚的催化臭氧化效率為活性炭的數(shù)倍。初始pH值和酚濃度對兩種炭的臭氧化過程具有相同的影響:由于堿性條件下酚的解離導(dǎo)致其幾乎不被吸附,催化臭氧化效率要小于酸性下,而且隨pH值的增加而減少,但是酸性的強(qiáng)弱對臭氧化過程幾乎沒有影響;酚濃度的增加僅使降解效率略為下降,但是總的酚去除量大幅度增加。由于臭氧化過程中分解產(chǎn)生的中間產(chǎn)物難于被臭氧氧化,各種條件下的COD(化學(xué)耗氧量)去除率小于相應(yīng)的酚去除率。重復(fù)使用表明活性炭和活性炭纖維在臭氧化過程中都可以有效地被原位再生,催化性能幾乎沒有變化。 由于表面上臭氧分解產(chǎn)生活性物種的影響,活性炭纖維的表面化學(xué)性質(zhì)在臭氧化過程中有一些變化,臭氧化后表面的含氧官能團(tuán)總量增加,其中羧基、羥基和羰基的量增加,而內(nèi)酯基的量降低;pHPZC降低,表面更親水。同時,由于臭氧化導(dǎo)致表面上新微孔的形成和一些孔的擴(kuò)大或堵塞,活性炭纖維的比表面積和總孔體積增加,孔徑分布發(fā)生變化。微孔變得更小而且數(shù)量增加,出現(xiàn)更多的中孔和大孔。 由于暫時硬度的Ca2+同苯酚分解中間產(chǎn)物結(jié)合而生成沉淀,導(dǎo)致苯酚和COD去除率都增加,臭氧化后活性炭纖維的比表面積和總孔體積稍微下降;而永久硬度的Ca2+與炭表面的羧基官能團(tuán)結(jié)合而影響吸附,使苯酚和COD去除率都降低;由于Fe3+與苯酚的絡(luò)合,降低了吸附和與活性物種的反應(yīng)幾率,導(dǎo)致臭氧化效率降低;Mn2+存在時生成具有絮凝和催化作用的膠體二氧化錳,臭氧化初始階段的效率得到略微提高,但對最終結(jié)果幾乎沒有影響。Ca2+(永久硬度)、Fe3+和Mn2+都使臭氧化后活性炭纖維的比表面積和總孔體積增大,其中以永久硬度的Ca2+增加的幅度最大,Fe3+次之,Mn2+最小。 對于含有聚氧乙烯脂肪醇醚這種低聚物的實(shí)際廢水的臭氧化,活性炭和活性炭纖維表現(xiàn)出與苯酚催化臭氧化完全不同的動力學(xué)特性。由于這些低聚物分子較大而不易被活性炭纖維吸附,活性炭的催化臭氧化效率明顯高于活性炭纖維。由于pH值對吸附?jīng)]有影響,堿性下OH?的催化臭氧分解導(dǎo)致降解效率顯著提高。由于低于35°C時的溫度升高導(dǎo)致分子運(yùn)動加快和反應(yīng)活化能降低,有利于臭氧化降解,當(dāng)溫度升高超過40°C時,由于水中臭氧溶解度的減少和臭氧分解速率的快速增加,降解速率反而減慢。
【學(xué)位單位】：中國石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：X703

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本文編號：2819337