羟基氧化铁催化臭氧氧化分解水中有机物的试验研究

论文摘要

提高饮用水水质的核心问题是去除水中的微量有害有机污染物、减少消毒副产物的产生。化学氧化是去除水中微量有机污染物的首要选择之一,但是一般的氧化剂（包括臭氧）很难高效地氧化去除水中高稳定性、危害大的有机污染物。同时也缺乏明确的工艺优化和设计参数（如停留时间、催化剂加入量等）指导工程实际。本文以FeOOH为主要催化剂,对氯硝基苯（pCNB）作为OH的指示有机物。通过在水样中加入叔丁醇和碳酸根,分析了反应机理,发现在本试验条件下, OH在硝基苯的降解过程中起主要作用,单独臭氧氧化过程中OH的生成主要由水中少量OH-引发,而催化臭氧化过程中OH的生成主要由催化剂表面羟基引发。另外,溶液初始pH值、催化剂的投量、溶液温度以及无机阴离子都会对pCNB的降解产生影响,其中以溶液初始pH值和温度的变化影响最为显著。天然水体中的有机物绝大部分是天然有机物（NOM）,常规水处理工艺中对NOM的去除非常有限,NOM的存在会在消毒过程中产生消毒副产物,同时使管网内细菌二次繁殖,严重影响饮用水水质。为了深入研究不同催化臭氧氧化对水中NOM的作用规律,试验测定了氧化过程中UV254和DOC的变化、分子量分布的变化,并用荧光技术考察了滤后水氧化前后NOM组分结构和官能团变化。单独臭氧氧化可以地有效的降低滤后水中了芳环或共轭键有机物的数量;FeOOH/O3氧化滤后水的矿化程度比较明显,FeOOH/O3与MgO/O3氧化滤后水的A型EEM荧光基团强度显著降低,并将腐殖酸类物质氧化成小分子有机物。O3-FeOOH/O3可以地有效降低水中的芳香度,臭氧催化氧化联用将是以后的发展方向。为了接近工程实际,采用连续流试验考察了不同条件下臭氧分解以及催化剂催化臭氧氧化水中甲基叔丁基醚（MTBE）情况。FeOOH催化臭氧氧化MTBE能力较强,该工艺具有较强的抗水力冲击负荷能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国水体污染总体情况
• 1.1.2 水中微污染物有机物的来源及危害
• 1.1.3 常规水处理工艺的局限性
• 1.2 臭氧氧化理论
• 1.2.1 臭氧氧化作用机理
• 1.2.2 基于臭氧的高级氧化技术
• 1.3 过渡金属催化臭氧氧化技术的研究进展
• 1.3.1 均相催化臭氧氧化
• 1.3.2 非均相催化臭氧氧化
• 1.4 课题研究的目的、意义和主要内容
• 1.4.1 课题研究的目的和意义
• 1.4.2 课题研究内容
• 第2章 实验材料和方法
• 2.1 催化剂的制备
• 2.1.1 粉末催化剂的制备
• 2.1.2 负载型催化剂的制备
• 2.2 催化剂的表征
• 2.3 实验步骤
• 2.3.1 静态实验步骤
• 2.3.2 动态实验步骤
• 2.4 分析测定方法
• 2.4.1 臭氧浓度测定方法
• 2.4.2 对氯硝基苯（pCNB）的测定方法
• 2.4.3 甲基叔丁基醚（MTBE）的分析方法
• 2.4.4 有机物分子量分布测定方法
• 2.4.5 荧光光谱分析（EEM 分析）
• 2.4.6 其他测定方法
• 第3章 羟基氧化铁催化臭氧氧化的影响因素分析
• 3.1 羟基氧化铁催化臭氧分解途径的比较
• 3.2 羟基氧化铁催化臭氧氧化pCNB的去除效果
• 3.3 羟基自由基抑制剂对催化臭氧氧化pCNB效率的影响
• 3.4 羟基氧化铁催化臭氧氧化pCNB影响因素研究
• 3.4.1 pH 值对催化臭氧氧化pCNB效率的影响
• 3.4.2 温度对催化臭氧氧化pCNB效率的影响
• 3.4.3 催化剂投量对催化臭氧氧化pCNB效率的影响
• 3.4.4 无机阴离子对催化臭氧氧化pCNB效率的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 羟基氧化铁催化臭氧氧化滤后水试验研究
• 4.1 不同催化剂催化臭氧氧化滤后水中NOM 的实验研究
• 4.1.1 不同催化剂催化臭氧氧化对DOC 的影响
• 4.1.2 不同催化剂催化臭氧氧化对UV254 的影响
• 4.1.3 不同催化剂催化臭氧氧化对SUVA 的影响
• 4.1.4 不同催化剂催化臭氧氧化对分子量分布情况的影响
• 4.1.5 三维EEM 表示的结构和官能团的变化
• 3氧化联用对滤后水中NOM 的影响'>4.2 单独臭氧氧化与FeOOH/O₃氧化联用对滤后水中NOM 的影响
• 3氧化联用对DOC 的影响'>4.2.1 单独臭氧氧化与FeOOH/O₃氧化联用对DOC 的影响
• 3氧化联用对UV254 的影响'>4.2.2 单独臭氧氧化与FeOOH/O₃氧化联用对UV254 的影响
• 3氧化联用对SUVA 的影响'>4.2.3 单独臭氧氧化与FeOOH/O₃氧化联用对SUVA 的影响
• 3氧化联用对分子量分布的影响'>4.2.4 单独臭氧氧化与FeOOH/O₃氧化联用对分子量分布的影响
• 3氧化联用对结构和官能团的影响'>4.2.5 单独臭氧氧化与FeOOH/O₃氧化联用对结构和官能团的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 羟基氧化铁催化臭氧氧化连续流试验
• 5.1 羟基氧化铁对臭氧分解的影响
• 5.2 羟基氧化铁对MTBE 的吸附
• 5.3 羟基氧化铁催化臭氧氧化MTBE 的去除效果
• 5.3.1 臭氧浓度对羟基氧化铁催化臭氧氧化MTBE 的影响
• 5.3.2 停留时间对不同催化剂催化臭氧氧化MTBE 的影响
• 5.3.3 几种催化剂催化臭氧氧化MTBE 的比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢