湿式电催化氧化处理难降解有机污染物的研究

论文摘要

高浓度难降解有机废水的高效处理技术为当前环境工作者关注的重点与难点。本文选取典型难生物降解阳离子红X-GRL和对硝基苯酚作为模型污染物,考察了湿式氧化和电化学氧化降解污染物的效果及机理。开发了湿式电催化氧化工艺,考察了各操作参数的影响,结合污染物分子结构信息和中间产物分析,探讨了湿式电催化氧化降解污染物的机理及动力学。构建了非均相湿式电催化氧化体系,考察了该工艺的效果,拓展了湿式电催化氧化的研究范围。通过湿式电催化氧化工艺效果考察和理论分析,提供了有效处理高浓度有机废水的新途径。论文首先研究了湿式氧化工艺处理阳离子红X-GRL的效果。通过单因素实验考察了操作参数对染料去除的效果影响;采用响应曲面法对湿式氧化操作参数进行了优化;结合中间产物分析和污染物结构分析,开展了湿式氧化降解阳离子红X-GRL的机理研究。其次研究了电化学氧化工艺处理阳离子红X-GRL的效果。在电极反应特性的基础上,考察了典型操作参数对染料去除的影响;异丙醇加入电化学氧化体系后经过30min处理污染物去除控制在5%以内,较好地验证了电化学氧化羟基自由基机理:温度从15℃上升到120℃的处理效果8.72%升高到81.56%,效果增强明显。在上述研究的基础上,开发了湿式电催化氧化工艺。考察了该工艺处理阳离子红X-GRL和对硝基苯酚的效果;优化了主要工艺参数。进一步研究发现,湿式电催化氧化工艺能实现湿式氧化和电化学氧化工艺的有机耦合,在120℃至160℃均存在显著的协同效应。研究了协同因子的变化,并探讨了协同效应的机理。为进一步缩短处理时间,将活性炭引入湿式电催化氧化体系,构建了非均相湿式电催化氧化体系。实现了污染物富集—催化—氧化工艺优点的集合,在短时间内取得较好的处理效果,显示了较好的工业应用前景。最后开展了湿式电催化氧化体系处理污染物的机理和动力学研究。湿式电催化氧化工艺通过阴阳两极的共同作用,高效诱导产生羟基自由基,短时间内即实现自由基链反应的引发。基于Gaussian软件计算了污染物分子结构信息,结合中间产物分析,推测了湿式电催化氧化处理污染物的可能降解途径。降解动力学研究表明,污染物浓度去除符合分段一级动力学;矿化符合GLKM模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 结论
• 1.1 课题背景
• 1.2 高浓度有机废水的处理现状
• 1.2.1 废水处理技术概述
• 1.2.2 高级氧化技术
• 1.2.3 小结
• 1.3 湿式氧化技术研究现状
• 1.3.1 湿式氧化技术
• 1.3.2 均相催化湿式氧化技术
• 1.3.3 非均相催化湿式氧化技术
• 1.3.4 新型催化湿式氧化技术
• 1.3.5 湿式氧化机理及动力学
• 1.3.6 小结
• 1.4 电化学氧化技术研究现状
• 1.4.1 电化学氧化技术
• 1.4.2 阳极氧化技术
• 1.4.3 阴极还原技术
• 1.4.4 阴阳两极协同降解技术
• 1.4.5 小结
• 1.5 存在问题与研究思路
• 1.5.1 存在问题
• 1.5.2 研究思路
• 1.6 研究内容与技术路线
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 技术路线
• 1.6.3 拟解决的关键问题
• 第2章 实验材料、装置及分析测试方法
• 2.1 实验材料与药品
• 2.2 实验装置及工艺流程
• 2.3 分析测试方法
• 2.3.1 污染物常规分析
• 2.3.2 电极特性表征
• 2.3.3 活性炭相关分析
• 第3章 湿式氧化处理阳离子红X-GRL
• 3.1 工艺参数的影响
• 3.1.1 温度的影响
• 3.1.2 理论需氧量的影响
• 3.1.3 搅拌速度的影响
• 3.1.4 染料初始浓度的影响
• 3.2 响应曲面法优化操作参数
• 3.2.1 优化实验设计
• 3.2.2 模型验证
• 3.3 湿式氧化降解污染物的机理
• 3.3.1 机理分析
• 3.3.2 中间产物分析
• 3.3.3 降解途径探讨
• 3.4 本章小结
• 第4章 电化学氧化处理阳离子红X-GRL
• 4.1 电极特性研究
• 4.1.1 电极制备方法
• 4.1.2 电极稳定性考察
• 4.2 常规条件下电化学处理阳离子红X-GRL
• 4.2.1 电流密度的影响
• 4.2.2 染料初始浓度的影响
• 4.2.3 电导率的影响
• 4.2.4 pH的影响
• 4.3 非常规条件下电化学处理阳离子红X-GRL
• 4.4 电化学降解污染物的机理
• 4.4.1 机理分析
• 4.4.2 中间产物分析
• 4.4.3 降解途径探讨
• 4.5 本章小结
• 第5章 湿式电催化氧化处理有机污染物
• 5.1 湿式电催化氧化与湿式氧化的效果比较
• 5.2 湿式电催化氧化处理阳离子红X-GRL
• 5.2.1 温度的影响
• 5.2.2 电流密度的影响
• 5.2.3 初始浓度的影响
• 5.2.4 电导率的影响
• 5.2.5 pH的影响
• 5.2.6 理论需氧量的影响
• 5.3 湿式电催化氧化处理对硝基苯酚
• 5.3.1 搅拌速率的影响
• 5.3.2 温度的影响
• 5.3.3 电流密度的影响
• 5.3.4 理论需氧量的影响
• 5.3.5 pH的影响
• 5.3.6 初始浓度的影响
• 5.4 湿式电催化氧化处理化工园区实际染化废水
• 5.5 本章小结
• 第6章 湿式电催化氧化协同效应及机理
• 6.1 染料废水协同效应考察
• 6.1.1 工艺效果比较
• 6.1.2 中间产物比较
• 6.2 酚类废水协同效应考察
• 6.2.1 工艺效果比较
• 6.2.2 中间产物比较
• 6.3 温度对协同效应的影响
• 6.4 协同效应机理分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 非均相湿式电催化氧化处理有机污染物
• 7.1 氧化铝及其改性氧化铝的性能考察
• 7.1.1 氧化铝预处理及负载型氧化铝的制备
• 7.1.2 氧化铝及负载型氧化铝的性能考察
• 7.2 颗粒活性炭的性能考察
• 7.2.1 颗粒活性炭的预处理
• 7.2.2 颗粒活性炭的性能考察
• 7.2.3 活性炭的性能表征
• 7.3 本章小结
• 第8章 湿式电催化氧化处理有机污染物的机理及反应动力学
• 8.1 机理分析
• 8.2 有机污染物降解途径探讨
• 8.2.1 阳离子红X-GRL降解途径探讨
• 8.2.2 对硝基酚降解途径探讨
• 8.3 反应动力学研究
• 8.3.1 浓度去除动力学
• 8.3.2 矿化动力学
• 8.4 本章小结
• 第9章 总结与建议
• 9.1 全文总结
• 9.1.1 湿式氧化处理阳离子红X-GRL
• 9.1.2 电化学氧化处理阳离子红X-GRL
• 9.1.3 湿式电催化氧化处理有机污染物
• 9.1.4 湿式电催化氧化协同效应及机理
• 9.1.5 非均相湿式电催化氧化处理有机污染物
• 9.1.6 湿式电催化氧化处理有机污染物的机理及反应动力学
• 9.2 主要创新点
• 9.3 建议
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术成果
• 致谢