臭氧催化氧化法处理含酚废水的研究进展

臭氧催化氧化法是结合了臭氧的强氧化性和催化剂特性的一种高级氧化技术,在处理含酚废水方面具有明显的技术优势。系统研究了臭氧催化氧化技术处理含酚废水的国内外研究进展,探讨了不同反应体系的优缺点,并指出改进的建议和发展方向。     

稀土催化臭氧氧化法降解印染废水的研究

以硅酸钠为原料,含稀土的盐酸为溶剂,采用化学沉淀法制备了二氧化硅负载型稀土催化剂。实验结果表明,最佳制备工艺条件为硅酸钠浓度0.3 mol/L、盐酸浓度1.0 mol/L、表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠、稀土投加量0.1 g、温度在800℃以上、煅烧时间1 h。利用IR、UV-VIS、XRD、SEM等表征手段研究了二氧化硅负载型稀土催化剂的组成、形貌。在此最佳条件下所制得的催化剂平均粒径为17 nm,比表面积为1 365 m2/g。制备的催化剂具有良好的催化活性,且附着的稀土离子不易流失,解决了稀土流失问题,并易与反应体系分离,可回收和重复利用。并利用该催化剂催化臭氧对模拟废水和实际废水进行处理,在pH为2,稀土催化剂的投加量为5 g,反应时间为60 min,温度为60℃的最佳反应条件下的COD降解率分别是90.3%和82.2%。     

Fe-Ce/GAC催化臭氧降解高浓度腐殖酸废水

采用浸渍焙烧法制备了Fe-Ce/GAC催化剂,并用于催化臭氧降解模拟高浓度腐殖酸废水.以废水COD、腐殖酸浓度为考察指标,研究了Fe-Ce/GAC催化剂的前驱体无机铁盐种类、焙烧温度、铁盐浓度、助剂稀土元素种类及浓度、分散剂硝酸钾浓度等不同制备条件对催化臭氧降解腐殖酸的效果.试验表明,在腐殖酸浓度为3.00 g·L~(-1)、pH值约8.0、温度为25℃、臭氧投量为1.24 g·h~(-1),反应40 min后COD、腐殖酸去除率仅为17.1%、43.0%;添加以2.0%硝酸铁、1.5%硝酸铈、1.0%硝酸钾溶液浸渍,经350℃焙烧3 h后制备的Fe-Ce/GAC催化剂,可使COD、腐殖酸去除率分别提高40.3%、31.8%.且Fe-Ce/GAC催化剂具有较好的稳定性,重复使用5次后,COD、腐殖酸去除率仅小幅降低了4.2%、9.1%.SEM图象显示活性炭经改性后,比表面积明显增大,有利于活性物质的负载;EDS分析表明催化剂负载了大量的Fe、Ce等金属物质;XRD图谱显示催化剂含有Fe_2O_3、CeO_2等多种活性物质.Fe-Ce/GAC催化臭氧的机理可解释为:活性成分氧化铁在催化过程中生成的羟基氧化铁会促进羟基自由基的生成,而铈元素在催化过程中不仅会提高催化剂的活性,而且生成的化学吸附氧可促进对有机物的吸附及氧化.     

酸活化赤泥催化臭氧氧化降解水中硝基苯的效能研究

以铝工业废物赤泥为原料,采用酸化的方法活化赤泥,提高其在多相催化臭氧氧化除污染体系中的催化活性,并对其催化臭氧除污染效能及机制进行探讨.研究发现,和赤泥原矿相比,酸化赤泥表现出十分显著的催化能力;酸化赤泥(RM6.0)催化臭氧氧化硝基苯的去除率随臭氧浓度的增加而增加;当臭氧浓度由0.4 mg.L-1增加至1.7 mg.L-1时,硝基苯的去除率由45%提高到92%.溶液pH对RM6.0催化体系利用臭氧能力的影响与其催化臭氧氧化降解NB的影响表现出一致的结果.初始pH变化所带来的RM6.0催化活性的变化,主要是由于体系中氢氧根浓度的变化,导致臭氧分解形成羟基自由基所致;过高pH值导致的羟基自由基的猝灭显促使RM6.0催化臭氧氧化NB活性的降低.通过RM6.0对臭氧的利用能力及羟基自由基抑制实验结果发现,RM6.0催化臭氧降解NB的主要作用机制是催化剂表面吸附臭氧,实现臭氧在催化剂表面的富集,进而实现对NB有机污染物的氧化降解.在这个过程中羟基自由基是存在的,主要是在臭氧与硝基苯在界面氧化过程中分解而成,并进一步氧化NB.     

铈掺杂Ru/Al2O3催化臭氧氧化降解邻苯二甲酸二甲酯

考察了铈(Ce)的掺杂对Ru/Al2O3催化臭氧氧化邻苯二甲酸二甲酯(DMP)溶液过程的影响.结果表明,Ce的掺杂可以显著提高臭氧氧化的效果,反应100min后,TOC的去除率可以由原催化剂的61.3%提高到75.1%,而单独臭氧氧化仅有14.0%.在实验范围内,Ru和Ce同时浸渍催化效果较好,且活性组分的溶出最少,Ce的最佳掺杂量为1.0%.通过催化剂吸附试验、单独臭氧氧化试验、Ce的均相催化试验及Ru-Se/Al2O3催化剂的非均相催化实验,证明Ru-Ce/Al2O3催化剂对DMP溶液臭氧氧化体系TOC的去除率达到50%,这是基于Ru-Ce/A12O3催化剂的非均相催化作用.     

催化臭氧氧化预处理垃圾渗滤液

采用浸渍法制备载铜活性炭催化剂,系统地研究了催化氧化法对垃圾渗滤液中的COD和氨氮去除效果,对臭氧氧化和催化臭氧氧化效率进行了对比。在该方法下制备的催化剂中,活性组分金属铜的含量为2.89%。结果表明:在投加催化剂的情况下,COD的去除效率可得到显著提高。实验结果表明:处理COD为4980mg/L,氨氮为2100mg/L的垃圾渗滤液废水,在室温、pH为3、反应时间为120min、催化剂投加量为150g/L、臭氧的流量为5.2mg/min的条件下,废水中的COD及氨氮的去除率分别达到达81.9%和99.04%。     

臭氧催化氧化控制溴酸盐生成效能与机理

比较了单独臭氧氧化和金属氧化物存在下臭氧催化氧化过程中溴酸盐的生成规律,探讨了催化剂投量、溴离子浓度、水的pH值、反应温度等对臭氧催化氧化控制溴酸盐生成的影响规律及在催化剂存在下控制溴酸盐生成的机理.结果表明,催化剂投量从0 mg/L增加到250 mg/L,能减少溴酸盐生成量85.1%;当溴离子浓度为0.5、1.0、2.0 mg/L时,臭氧催化氧化分别能减少溴酸盐生成量69.2%、83.5%和15.2%,溴离子浓度变化对催化作用的影响无明显规律;pH值升高会降低催化作用的效果;反应温度在5～25℃之间时,臭氧催化氧化能降低43%～59%的溴酸根生成量(溴离子浓度1.5 mg/L),反应温度变化不影响催化效果.催化剂通过抑制臭氧对次溴酸的氧化减少了溴酸根的生成量.催化剂表面的某些基团与硫酸根络合会削弱臭氧催化氧化控制溴酸根生成的能力,因此,利用催化剂控制溴酸盐的机理与催化剂表面性质密切相关.     

臭氧催化氧化VOCs和CO研究进展

臭氧催化氧化是处理污染物的有效方法,而国内对此技术的研究集中于水中污染物的处理,介绍了国内外臭氧催化氧化VOCs和CO的研究进展,主要包括催化剂研究和催化机理两方面。     

催化分解法处理臭氧尾气的研究

以活性炭和γ -Al2 O3 为载体制备出负载锰和铜氧化物的用于臭氧尾气处理的催化剂 ,并采用固定床反应器进行分解臭氧尾气的实验研究。实验结果表明 ,活性炭负载锰和铜氧化物的催化剂的性能最好 ,1g催化剂在臭氧初始浓度为2 .5 g/m3 ,反应时间为 0 .0 36s条件下 ,其对臭氧的分解率可达 97.2 %。在相同臭氧初始浓度 ,反应时间为 0 .1s条件下 ,1g催化剂可以连续运转达 98h ,处理臭氧总量为 8.8g ,且湿度对其催化活性影响较大。     

臭氧/钛酸铋系化合物催化氧化降解橙黄Ⅳ的初步研究

采用化学溶液分解法制备了钛酸铋系化合物,并研究了其催化臭氧化降解橙IV(C18H14KN3O35)溶液的性能.结果表明,在Bi/Ti摩尔比12:1、热处理温度550℃条件下制备的催化剂性能最优,其COD去除率达40.3%,比单独臭氧作用(20.3%)提高了1倍,并明显优于TiO2和Bi2O3的催化效果(分别为28.9%和21.4%).同时,考察了催化剂投量、橙IV初始浓度、臭氧投量、pH值、重复使用等反应条件对催化剂性能的影响.初步推断,此催化臭氧化反应为非羟基自由基的含氧自由基作用机理.     

具有球形催化界面的MnCeOx/P84催化滤布的NOx脱除性能

催化滤布可同时去除烟气中的粉尘颗粒和NO_x,满足水泥等行业NO_x脱除的迫切需求。而催化滤布中催化界面的形貌会显著影响其脱硝性能。制备了具有球形催化界面的MnCeO_x/P84催化滤布(α-MnCeO_x/P84),并考察其NO_x脱除性能。结果表明:当MnCeO_x负载量为60 g/m2时,α-MnCeO_x/P84在130 ℃时NO_x脱除率为86.9%,160~190 ℃时NO_x脱除率>97%。同时,α-MnCeO_x/P84具有较好的抗SO₂性能和稳定性,通入体积分数为0.003%的SO₂后,在190 ℃下,其NO_x脱除率达到83%左右;停止通入SO₂后,α-MnCeO_x/P84的NO_x脱除率上升并稳定在93%左右。且经过200 h的脱硝反应测试后,α-MnCeO_x/P84的脱硝活性与催化剂负载量未下降。表征分析结果表明,α-MnCeO_x/P84中球形MnCeO_x活性组分以弱结晶形式存在,紧密地包裹在滤料纤维表面,且分散均匀;中孔是MnCeO_x催化剂的主要孔结构,能够为催化反应的进行提供通道。H₂-TPR与Insitu DRIFTS分析进一步表明,α-MnCeO_x/P84在100~200 ℃有良好的氧化还原能力,且具有丰富的Lewis和Brnsted酸位,为其优越的低温NH₃-SCR脱硝性能提供了重要保障。具有球形催化界面的MnCeO_x/P84催化滤布具有低负载量、高稳定性的特点,为滤料除尘脱硝技术的推广应用提供参考。     

臭氧高级氧化技术预处理染料废水的试验研究

研究单独臭氧氧化和过氧化氢/臭氧联合作用对去除难降解染料废水CODcr、色度,提高可生化性的效果,并考察不同pH值、不同初始污染物浓度、H2O2投加量等对染料废水活性艳红X-3B处理效果的影响。实验结果表明：臭氧氧化对CODcr去除率达到50.00%,对色度的去除率接近100%,B/C由原水的0.0 507上升到0.2 768;废水在pH值为11时处理效果最好;而过氧化氢/臭氧联合作用的最佳摩尔比为0.6。     

不同合成法对Ce-MnOx选择性催化氧化NH3性能的影响

分别采用水热法和浸渍法2种合成方法制备了Ce-MnO_x催化剂,应用于氨的选择性催化氧化。实验结果表明:水热法制备的Ce-MnO_x具有更高的催化氧化NH₃活性,其中,在反应温度为200℃时,Ce(5)-MnO_x(HY)具有98%的NH₃转化率及91%的N₂选择性。XRD、BET、Raman、XPS、SEM、H₂-TPR等方法对催化剂的表征结果表明,水热法合成的Ce-MnO_x具有更大的比表面积(94.37 m2/g),其优异的催化活性归因于表面丰富的Mn4+和Ce3+、大量的化学吸附氧、丰富的活性位点、Mn和Ce间的相互作用等。In-situ DRIFTS分析表明,催化剂表面吸附态的NH₃经过脱氢作用生成—NH₂、—NH中间体,其中,—NH与原子氧结合生成的—HNO能被O₂快速氧化形成NO,NO再与—NH₂继续反应生成N₂和H₂O。研究可为锰基催化剂在低温氨氧化及选择性方面的研究提供重要参考。     

碳纳米管掺杂PbO2复合电极的制备及其催化氧化双酚A

采用电化学沉积法将不同浓度的碳纳米管（CNT）掺入PbO₂电极,得到具有高稳定性和催化活性的CNT-PbO₂复合电极。扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱（EDS）等测试分析发现CNT掺杂到PbO₂电极表面活性层中,CNT掺杂使得PbO₂晶粒尺寸减小,活性表面积增大。CNT-PbO₂电极降解双酚A体系中自由基生成量减少,但其降解效果反而提升。循环伏安测试（CV）、电极加速寿命测试表明,CNT-PbO₂电极降解双酚A的机理主要是改性后的电极具有更强的电化学直接氧化能力和更高的稳定性。最后通过UPLC&Q-TOF MS测试得到双酚A的主要降解产物和降解路径。     

羟基改性Ag/MCM-41催化剂上甲醛的催化氧化性能

采用等体积浸渍法制备Ag/MCM-41催化剂,通过添加NaOH溶液对催化剂进行羟基改性,考察了不同羟基浓度改性后的催化剂上甲醛催化氧化反应性能。甲醛固定床催化反应评价实验结果表明:经0. 1 mol/L NaOH改性后的催化剂表现出较好的甲醛低温催化活性。氮气物理吸附、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、红外光谱分析(IR)的表征结果表明:当NaOH添加量为0. 1mol/L时,催化剂表面形成了更多的活性羟基基团,从而促进了活性金属银粒子的分散,提高了甲醛催化反应活性。     

不同Cu负载量Cu-ZSM-5催化剂上正丁胺的选择催化氧化性能

采用等体积浸渍法制备不同Cu负载量(1%、2%、5%和10%)的系列Cu-ZSM-5催化剂,并考察了Cu负载量对催化剂的正丁胺催化氧化性能的影响。通过XRD、N₂吸脱附、EPR、H₂-TPR、NH₃-TPD表征方法对催化剂的晶相结构和物化性质进行表征并研究构效关系。结果表明:Cu负载量为10%的催化剂催化活性最高,在300℃下实现了正丁胺的完全转化;而Cu负载量为5%的催化剂N₂选择性最佳,低温时N₂选择性明显高于其他催化剂。表征结果表明,催化剂的氧化还原性能主要影响正丁胺的转化率,Cu负载量影响催化材料的氧化还原性能,Cu负载量高的催化剂氧化还原性能优异。高N₂选择性主要归属于催化剂孤立态Cu2+物种和弱酸性位,催化剂的弱酸性位有利于正丁胺的吸附活化和深度氧化。     

载体平衡离子对MnOx/ZSM-5催化NH3-SCR性能影响

采用不同平衡离子（H⁺、Na⁺和NH₄⁺）的ZSM-5改性分子筛制备MnO_x/ZSM-5催化剂,研究平衡离子对氨选择催化还原（NH₃-SCR）反应活性的影响.NH₃-SCR反应结果表明,NH₄-ZSM-5为载体时,催化剂表现出优异的低温SCR活性,而H-ZSM-5为载体的催化剂则在高温范围对NO_x具有较高的转化率.XRD、TEM、BET、Raman、H₂-TPR、XPS等表征结果显示,平衡离子可明显影响MnO_x在催化剂中的分散位置以及氧化还原性质.MZ-NH₄催化剂中活性组分MnO_x分散在载体外表面,颗粒尺寸较大,主要以Mn³⁺形式存在,对NO具有较强的氧化能力,进而促进“快速SCR”反应的进行.而H-ZSM-5为载体时,MnO_x主要被限域在载体孔道内形成限域催化剂,主要以Mn⁴⁺形式存在.活性研究和表征结果证明,活性组分分散在催化剂外表面,更有利于低温SCR反应的进行.     

脉冲介质阻挡放电下MnOx-CeO2催化氧化碳烟的关键表面物种研究

采用柠檬酸络合法制备了Mn/(Mn+Ce)原子比为0.4的MnO_x-CeO_2复合氧化物,使其分别在有和无脉冲介质阻挡放电条件下,多次催化氧化碳烟.采用XRD、BET、Raman和XPS对新制备未反应过的和各次反应后的MnO_x-CeO_2进行表征.结果发现,在初次反应中,脉冲介质阻挡放电对反应具有强化作用,使MnO_x-CeO_2具备更好的活性.在放电和无放电2种条件下,催化剂第2次反应的活性均较第1次有所降低,且放电条件下降幅更大,而在第3次反应时催化剂活性在两种条件下均保持稳定状态.以上现象原因为,初次反应,两种条件下高温使MnO_x-CeO_2中Mn-Ce-O固溶体发生相分离,部分Mn析出生成了Mn_3O_4;未引入放电时催化剂表面发生不可逆还原的Mn~(4+)量更少,且拥有更多Ce~(3+)并产生了本征氧空位及更多的表面氧;放电的引入,加剧了初次反应时MnO_x-CeO_2表面Mn~(4+)向Mn~(3+)和Mn~(2+)的转化,使其具备更高的活性,但也抑制了Mn~(4+)的恢复,降低了催化剂的活性.在随后的反应中,有无放电催化剂均保持了稳定.脉冲介质阻挡放电对MnO_x-CeO_2反应的关键因素Mn~(4+)、本征氧空位和表面氧产生了重要影响,这种影响在初次反应时并不可逆,进而减弱了放电对反应的强化作用,该现象不可忽视,值得进一步研究.     

CeO2改性MnOx/Al2O3的低温SCR法脱硝性能及机制研究

采用凝胶溶胶法制备大比表面积的Al2O3载体,等体积浸渍法配制负载MnOx和CeO2组分的CeO2-MnOx催化剂.以NH3为还原剂,一定的空气流速及合适的气体配比的条件下,考察所制备的催化剂在70～300℃范围内低温SCR法的脱硝性能及机制,同时分别对催化剂进行BET、XRD、SEM等表征实验,研究催化剂的理化性质....     

高分散MnOx/SAPO-34催化剂的制备及其低温NH3选择性催化还原NO性能

采用改进的溶胶-凝胶法制备一系列MnO_x/SAPO-34催化剂,考察了各制备参数对催化剂的结构及其低温氨选择性催化还原(NH_3-SCR)脱硝性能的影响,并通过X射线衍射、N_2吸附-脱附、透射电镜、X射线光电子能谱、NH_3程序升温脱附等手段对催化剂进行表征.结果表明,当制备参数为n(乙醇)/n(Mn)=15,n(H_2O)/n(Mn)=20,n(柠檬酸)/n(Mn)=1,Mn负载量为15%(质量分数),催化剂焙烧温度为350℃时,制备的高分散15%-MnO_x/SAPO-34-350℃催化剂具有最佳的低温SCR活性,在空速为45000 h~(-1)的条件下,且反应温度在120～240℃范围时均保持90%以上的NO转化率和接近100%的N_2选择性.MnO_x纳米颗粒高度分散在SAPO-34载体表面,平均粒径约为5.46 nm,纳米颗粒的表面效应使得该催化剂具备较大的比表面积,暴露出大量的活性位点和高活性的MnO_2(110)晶面,同时,高Mn~(4+)比例和更多的化学吸附氧以及适宜的表面酸强度和酸量也是15%-MnO_x/SAPO-34-350℃催化剂呈现最佳低温SCR活性的重要原因.