含酚废水α-Fe2O3催化臭氧氧化参数优化及机理分析

传统工艺对含酚废水的处理效果有限,催化臭氧氧化技术能够有效处理含酚废水。α-Fe₂O₃在试验中表现出了高臭氧催化活性,催化产生的·OH可对苯酚及中间产物进行无选择性矿化,显著增强了污染物去除效果和臭氧利用水平。为明确催化臭氧氧化过程主要影响因素并优化工艺参数,以苯酚模拟含酚废水,设计了L₁₆(4⁴)正交试验。结果表明,臭氧投加量、催化剂投加量、pH、反应时间是COD去除率及单位臭氧COD降解量的主要影响因素,其中,臭氧投加量与反应时间的影响较为显著。方差分析与试验验证表明,催化剂投加量对COD去除率影响较小,pH对单位臭氧COD降解量影响较小。通过权矩阵计算得到优化后的反应条件：臭氧投加量为5 mg/(L·min),催化剂投加量为0.10 g/L,pH为9,反应时间为45 min。叔丁醇屏蔽试验表明,·OH显著促进了催化臭氧氧化进程。

     

α-Fe2O3催化臭氧氧化耦合陶瓷膜处理含酚废水

催化臭氧氧化是处理含酚废水的有效手段,为研究α-Fe₂O₃催化氧化含酚废水的降解效能同时有效回收催化剂,采用微米级α-Fe₂O₃催化臭氧氧化苯酚模拟废水,并耦合陶瓷膜对分散在反应体系的催化剂进行截留、回收,实现工艺的连续运行。结果表明：在间歇运行条件下,催化氧化反应30 min时废水COD去除率达到97%以上,高COD去除率的主要原因是α-Fe₂O₃对臭氧具有较强的催化活性,在催化氧化过程中产生了强氧化性产物·OH;在恒压条件下,通过膜污染模型拟合和串联阻力模型进行验证,R_r占总阻力的50%以上,但当操作压力超过30 kPa,一部分可逆污染向不可逆污染逐渐转化,R_ir显著增加;通过动力学拟合探究膜污染形成机制,运行过程中陶瓷膜污染模型为中间堵塞或滤饼堵塞,膜污染主要发生在膜表面,膜可以对α-Fe₂O₃进行有效拦截并通过反冲洗恢复通量;连续进水6个周期运行过程中,模拟废水COD去除率保持在85%以上,陶瓷膜不可逆阻力控制在总阻力的13%以下,反应体系保持了稳定运行。

     

TiO2/AC催化臭氧氧化处理水中的苯酚

研究了单独臭氧氧化及以活性炭(AC)和负载二氧化钛的活性碳(TiO2/AC)为催化剂催化臭氧氧化处理水中苯酚的效果。考察了AC、TiO2/AC对苯酚的吸附特性及三种方法对苯酚的转化率及矿化率效果及其臭氧利用效率,并对氧化过程进行了动力学分析。实验结果表明:AC、TiO2/AC对苯酚的吸附均较好地符合Freundlich方程;催化臭氧氧化转化苯酚的效果高于单独臭氧氧化;TiO2/AC作催化剂有利于苯酚的最终矿化,同时提高了臭氧的利用效率;3种氧化反应均较好的符合二级动力学方程,TiO2/AC催化臭氧氧化苯酚的二级动力学常数为0.0001L/(mg.min),高于单独臭氧氧化0.00004L/(mg.min)和AC催化臭氧氧化0.00006L/(mg.min)。     

MnO2/Al2O3催化剂-微气泡臭氧体系催化降解喹啉及其机理

制备了纳米MnO₂,并以Al₂O₃为载体制备了掺杂型MnO₂/Al₂O₃颗粒催化剂.催化剂焙烧温度和时间分别为500℃和4 h、MnO₂质量分数为8%时,催化剂具有最高的臭氧催化氧化活性.SEM分析表明,纳米MnO₂均匀分布于Al₂O₃载体表面.MnO₂/Al₂O₃催化剂的比表面积（BET）为183.22 m²·g^-1,平均孔容为0.27 cm³·g^-1,平均孔径为4.87 nm.建立了MnO₂/Al₂O₃催化剂-微气泡臭氧催化反应体系,研究了该体系对喹啉的降解去除效果及其机理.臭氧微气泡的平均粒径为61.7 μm.微气泡臭氧投量为30 mg·L^-1时,反应60 min后喹啉去除率能达到95%以上;反应20 min后,MnO₂/Al₂O₃催化剂-微气泡臭氧体系对实际煤化工废水二级出水的TOC去除率可达到55%以上.以叔丁醇作为分子探针,证明了羟基自由基（·OH）氧化作用在臭氧微气泡催化氧化体系中对喹啉的降解起到主导作用.     

Al2O3催化臭氧化处理邻苯二甲酸二甲酯

'Al₂O₃催化剂对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)溶液臭氧化过程的影响结果表明:Al₂O₃可以显著提高臭氧氧化的效果,反应120min后,TOC的去除率从单独臭氧氧化的23.9%提高到55.1%.实验中还考察了制备条件对Al₂O₃催化剂活性的影响并确定了反应的最佳工艺条件.在实验考察的范围内:焙烧温度600℃,Al₂O₃粒径为0.5～1.0mm时催化活性最高;最佳反应工艺条件为:催化剂投加量20g/L,混和气体流速200mL/min,反应温度15℃.通过单独臭氧氧化,单独臭氧氧化后再进行催化剂吸附,催化臭氧化的对比实验证明了Al₂O₃催化剂对体系TOC的去除主要是基于催化作用.     

γ-Fe2O3抗As2O3中毒能力的分子模拟

采用密度泛函理论研究了γ-Fe₂O₃表面As₂O₃的吸附以及掺杂改性提高抗As₂O₃中毒性能的作用机理.计算了As₂O₃在完整以及O缺陷γ-Fe₂O₃（001）表面的吸附性能,包括吸附位点、吸附结构、吸附能、PDOS等.同时建立了Mo、Ti、Mg掺杂的γ-Fe₂O₃模型,探讨了助剂掺杂对抗砷中毒能力的作用机制,并考虑了掺杂量的影响.结果表明：As₂O₃倾向于以O端化学吸附在γ-Fe₂O₃（001）表面Fe_oct位,吸附过程发生强烈的相互作用和电荷转移.当表面存在O缺陷时,As₂O₃的吸附能得到提高.Mo、Ti、Mg倾向于掺杂在Fe_oct位,增强了对As₂O₃的吸附能力,并且增大Mo的掺杂量可以强化As₂O₃的吸附.As₂O₃倾向于与活性较强的Mo、Ti、Mg发生反应,从而保护活性Fe位不受砷中毒,Ti和Mg的掺杂还抑制了相邻Fe位对As₂O₃的吸附.Mo、Ti、Mg的掺杂还促进了催化剂表面对NH₃的吸附,增强了表面酸性强度,有利于SCR反应.Mo、Ti、Mg原子的掺杂有利于提高γ-Fe₂O₃催化剂的抗砷中毒性能.     

308 nm光作用下α-Fe2O3表面HNO3的光解

采用紫外可见光谱(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)及离子色谱(IC)技术对HNO3在α-Fe2O3表面暗反应和308nm下光解反应进行了研究.考察了时间、HNO3浓度、相对湿度(RH)等条件对反应的影响.结果表明,随着HNO3浓度、光照时间的增加,HNO3在气相与α-Fe2O3表面光解产物浓度均呈指数增加;HNO3在α-Fe2O3表面光解产生的NO2、NO分别为气相产生的3.27及3.87倍,而无论气相还是表面光解的NO2浓度均约为NO的2倍.随着RH的增加,HNO3光解产生的HONO的浓度随之呈指数增大,其产率从RH 20%时的0.023增加到90%时的0.087.α-Fe2O3的表面效应在HNO3的表面光解反应中起主导作用.     

CuO(-CeO2)/Al2O3催化剂对萘催化氧化性能研究

采用浸渍法制备了CuO/Al2O3、CeO2/Al2O3和CuO-CeO2/Al2O3这3种催化剂,通过氮吸附、SEM、XRD等手段对催化剂的结构及组成进行了表征,利用固定床反应装置考察了活性组分、气体流量、催化反应温度对萘催化氧化性能的影响.结果表明,18%CeO2/Al2O3的萘催化活性较低,18%CuO/Al2O3和9%CuO-9%CeO2/Al2O3的活性较高,两者在300℃时对萘的去除率分别达到91%和89%;CuO-CeO2/Al2O3催化剂具有比CuO/Al2O3更好的低温活性;气流量的变化对两种催化剂性能的影响不大.     

Photocatalytic remediation of γ-HCH contaminated soil induced by α-Fe2O3 and TiO2

Heterogeneous photocatalytic degradation of γ-HCH on soil surfaces was carded out to evaluate the photocatalytic effectiveness of α-Fe2O3 and TiO2 toward degrading γ-HCH on soil surfaces. After being spiked with γ-HCH, soil samples were loaded with α-Fe2O3 or TiO2 and exposed to UV-light irradiation. Different catalyst loads, 0%, 2%, 5%, 7%, and 10% (wt.)α-Fe2O3 ; 0%, 0.5%, 1%, 2:(Wt.)TiO2, were tested for up to 7 d irradiation. The effects of soil thickness, acidity, and humic substances were also investigated. The obtained results indicated that the γ-HCH photodegradation follows the pseudo-first-order kinetics. The addition of α-Fe2O3 or TiO2 accelerates the photodegradation of γ-HCH, while the photodegradation rate decreases when the content of α-Fe2O3 exceeds 7% (wt.).The degradation rate increases with the soil pH value. Humic substances inhibit the photocatalytic degradation of γ-HCH., and trichlorobenzene are detected as photodegradation intermediates, which are gradually degraded with the photodegradation evolution.     

苯酚废水的高级氧化处理技术

分析了多种高级氧化技术对苯酚废水处理的共同作用机理,阐述了催化湿式氧化法、光催化氧化法、电催化技术、超声声化学氧化、超临界水氧化等在含酚废水高级氧化处理中的研究进展及发展趋势。     

CuO-Ru/Al2O3 催化臭氧化降解苯乙酮的研究

采用浸渍法制备了以活性Al2O3为载体的双组分催化剂CuO-Ru/Al2O3,利用该催化剂催化臭氧化降解了苯乙酮.结果表明,贵金属钌掺杂能显著提高CuO/Al2O3催化臭氧化苯乙酮的降解效率,如在相同条件下处理30 min后,单独臭氧氧化、CuO/Al2O3/O3和CuO-Ru/Al2O3/O3对苯乙酮水溶液的COD去除率分别为6.3%、20.0%和54.0%.pH对CuO-Ru/Al2O3催化臭氧化降解苯乙酮的效率并没有影响,但与单独臭氧化相比,该催化臭氧化体系更适合在中性或酸性条件下应用.CuO-Ru/Al2O3对水中臭氧有较好的催化分解活性,臭氧分解的速率常数达2.58×10-3s-1,高于二次水中臭氧的分解速率常数1.19×10-3s-1.叔丁醇的试验结果表明,CuO-Ru/Al2O3/O3降解苯乙酮反应遵循羟基自由基(.OH)反应机制.     

CeO_2/Fe_2O_3对高浓度苯酚废水微波诱导的氧化催化

对高浓度苯酚废水提出了用复合催化剂CeO2/Fe2O3进行微波诱导催化氧化的降解方法,并与单一催化剂Fe2O3的催化氧化效果进行了比较,对两者的表观反应动力学进行了分析,结果表明复合催化剂的催化效果比单一催化剂的催化效果高15%以上,其主要原因是CeO2/Fe2O3复合物具有很强的催化能力和较高的干电流变活性,有利于电子的迁移和羟基自由基·OH的形成,从而有利于苯酚的氧化降解。     

臭氧催化氧化抑制溴酸盐生成效能的研究

研究了饮用水臭氧催化氧化过程中溴酸盐的生成特点与控制效能.结果表明,臭氧衰减过程中c×t值大小与BrO3生成明显相关.加入臭氧催化剂能使剩余臭氧含量降低60.0%～77.4%,并使臭氧ID反应持续的时间由4.3 min延长至6.8 min,明显降低了臭氧衰减过程中的c×t值.生产运行结果表明,臭氧催化氧化使BrO3的生成能力平均降低了51.7%,能明显抑制BrO3 生成.     

Mn-Ce/γ-Al2O3催化臭氧氧化深度处理石化废水中试研究

针对臭氧催化氧化深度处理石化废水时催化剂适配性不高和臭氧利用率低下的问题,以我国北方某典型石化废水为中试平台,采用课题组自主研发的催化臭氧催化剂Mn-Ce/γ-Al₂O₃,研究以臭氧催化氧化为核心的7种工艺深度处理石化废水的效果.结果表明:①单独臭氧氧化工艺对石化二级废水COD、TOC和UV₂₅₄（254 nm处的UV吸光度）的去除率分别为15.45%、9.04%和30.72%.与单独臭氧氧化工艺相比,Mn-Ce/γ-Al₂O₃催化臭氧氧化工艺下,COD、TOC和UV₂₅₄的去除率分别提高了26.18%、18.25%和5.81%,同时三维荧光光谱（3D-EEM）结合区域积分法（FRI）分析结果显示,对荧光类有机物中溶解性微生物代谢产物和类腐殖酸的去除率分别提高了21.13%和29.47%.②单独臭氧氧化工艺中,序批式和连续流出水处理效果影响不大.Mn-Ce/γ-Al₂O₃催化臭氧氧化工艺下,序批式优于连续流,但序批式需增加人力和运营成本,在实际应用中受限.③微絮凝+臭氧催化氧化+回流联合工艺中,COD、TOC和UV₂₅₄的去除率分别可达53.20%、37.56%和50.90%,去除效果显著高于仅臭氧催化氧化工艺（COD、TOC和UV₂₅₄的去除率分别为41.63%、27.29%和36.53%）时;同时,类富里酸、类溶解性微生物代谢产物和类腐殖酸的去除率分别达到79.49%、50.70%和75.12%;Mn-Ce/γ-Al₂O₃催化剂运用72 d后,COD去除率基本稳定在30%左右.研究显示,臭氧催化氧化工艺深度处理石化废水中,Mn-Ce/γ-Al₂O₃是一种高效稳定型催化剂,絮凝预处理、回流均可增强有机物的去除率,可为石化废水处理工程实现减排降耗提供技术支撑.      

As2O3与Cu-ZSM-5催化剂的相互作用机理

基于密度泛函理论计算了NO和As₂O₃在Cu-ZSM-5表面的吸附性能.通过确立As₂O₃在Cu-ZSM-5表面的最佳吸附位点,对As³⁺在其活性位点吸附的反应路径进行研究,计算As在催化剂上的吸附反应活化能垒和决速步骤,揭示As₂O₃与活性位点Cu-O-Cu的成键机制和相互作用机理.结果表明,NO和As₂O₃都以非氧端吸附在Cu-ZSM-5活性位点Cu-O-Cu的晶格氧位,吸附能分别为-218.515kJ/mol和-206.422kJ/mol,吸附过程中有电荷转移且发生了强烈的相互作用.As₂O₃在Cu-ZSM-5活性位点Cu-O-Cu的晶格氧上的氧化过程分两步进行,As³⁺作为Lewis碱与Lewis酸中心的Cu-O-Cu发生非均相氧化反应,第一阶段的氧化产物As₂O₄在相邻的活...     

Fe2+-H2O2催化氧化加混凝处理苯酚磺酸废水

采用H2O2－Fe^2 催化氧化－混凝联合工艺对苯酚磺酸（PSA）废水进行了试验研究，对H2O2和Fe^2 的投加量、pH值、温度（T）、时间（t）等工艺参数进行了优选。结果表明，在H2O2／COD0(g/g）＝1.5，H2O2／Fe^2 (moL/moL)=10:1、pH=3.0-4.0、T＝30℃、t=30min的条件下，COD为1198mg/L的PSA废水经该工艺处理，COD去除率达94％。试运行结果表明，其出水水质达到国家排放标准（GB8978－1996）。     

臭氧氧化法处理实验室苯酚废水

臭氧氧化法在废水处理中有广泛的应用,鉴于酚类化合物在实验室废水中存在的普遍性及其对环境污染的严重性,选用了苯酚作为模型污染物,考察了臭氧氧化法的处理效果,研究了废水初始pH值和气体流量对苯酚的降解效率和臭氧利用率的影响规律.实验结果表明,废水初始pH值对臭氧氧化去除废水中苯酚和臭氧利用率的影响均很大,综合考虑各方面因素,确定出:臭氧氧化处理实验室苯酚废水的最佳pH值为10.3,最佳气体流量为1.6L/MIn.为臭氧处理实验室废水打下基础.     

MgO催化臭氧氧化降解苯酚机理研究

对氧化镁(MgO)催化臭氧氧化降解苯酚的机理进行了探讨,并验证其与现有的3种催化臭氧氧化机理的吻合性.同时,研究了羟基自由基(·OH)抑制剂对苯酚去除效果的影响,·OH的产生量,以及臭氧在该体系中的存在位置及苯酚在该体系中的作用.结果表明,O_3和MgO/O_3两种反应体系中都存在·OH,MgO/O_3体系中的·OH是O_3体系中的2.14倍.O_3和MgO/O_3体系中的·OH与臭氧浓度的比值分别为1.47×10~(-9)和3.15×10~(-9).苯酚在MgO催化臭氧氧化体系中起到了促进臭氧吸附在MgO表面的作用,臭氧吸附到MgO表面后,分解产生·OH,一部分释放在溶液中降解苯酚,一部分则留在其表面增加表面羟基密度.     

α-Fe2O3砂芯微球制备及紫外辅助下活化PMS降解AO7

以FeCl₃为原料，尿素为沉淀剂，抗坏血酸为还原剂，聚乙烯吡咯烷酮为结构导向剂，纳米碳粉为模板，水热法制备了一种新型α-Fe₂O₃砂芯微球.通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和比表面积及孔径分析（BET/BJH）等手段对其结构和性能进行表征.结果表明新型α-Fe₂O₃砂芯微球尺寸均匀，直径为50μm左右，是由直径40nm"米粒状"纯相α-Fe₂O₃自聚而成，S_BET为25.45~32.46m²/g.在紫外（UV，高压汞灯）辐射下能够活化过硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）.40min内AO7的降解率可达98.6%，采用电子自旋共振（ESR）技术鉴定了主要的活性氧自由基（ROS）为SO₄^-·.此外发现PMS作为一种电子捕获剂，能有效抑制光生电子（e_CB^-）和空穴（h_VB⁺）的复合，AO7能直接和h_VB⁺、SO₄^-·和羟基自由基（OH·）反应而迅速被氧化降解；α-Fe₂O₃回收重复使用10次，仍可以达到80%以上的去除率.通过考察α-Fe₂O₃投加量、PMS浓度、初始pH值、阴离子和初始AO7浓度等不同条件对AO7降解率的影响，发现在初始pH值为7.0，α-Fe₂O₃的投加量为1.0g/L，PMS浓度为0.3g/L时，40min内对AO7的降解率可以达到99%以上；阴离子CO₃^2-、NO₃^-以及Cl^-对该体系均有不同程度的促进作用.     

福建茫荡山地区春季大气O3、HONO、HCHO、H2O2对 ·OH的贡献率研究

2009年春季在福建南平市茫荡山地区进行观测,测量了.OH源O3、HONO、HCHO和H2O2的浓度.结果表明O3、HCHO、HONO、H2O2浓度分别为4.96×10-8、3.97×10-10、2.53×10-10、1.18×10-10,低于华北农村的浓度.利用CMAQ计算O3、HCHO、HONO、H2O2对.OH的贡献率,分别为57.0%、7.7%、34.9%、0.4%.O3光解是该地区最重要的.OH来源.O3、HCHO、H2O2对.OH的贡献呈现单峰变化,在12:00～13:00达到峰值.HONO对.OH的贡献曲线呈波动状,和人类居住环境清晨出现峰值的情况不同.