Al2O3催化臭氧氧化水中脂肪胺的实验研究

论文摘要

本研究的目的为调查社会水循环中脂肪胺的存在和转移情况,并采用Al2O3催化臭氧化去除水中脂肪胺,减少其在消毒过程中转化为亚硝胺等消毒副产物的几率。在研究过程中对北方某市A给水厂、B污水厂和C小区做了持续六个月的调查,以氯甲酸-9-芴甲酯（9-Fluorenvlmethvlchloroformate, FMOC-Cl）为衍生剂进行柱前衍生,用HPLC确定水中典型脂肪胺的种类和浓度。调查结果显示,甲胺（Methylamine, MA）和二甲胺（Dimethylamine, DMA）等脂肪胺大量（>0.01mmol/L）且广泛的存在于社会水循环的各个环节中,易与消毒剂特别是氯胺反应生成含氮消毒副产物,特别是亚硝胺类物质,且常规处理工艺很难在消毒前将其有效去除。因此进行催化臭氧化去除水中脂肪胺的研究十分必要。在pH值为7±1、反应温度为18±3℃和反应时间20min的常规条件下,采用单独臭氧氧化方法只能去除约40%的脂肪胺（MA,DMA）,所以有必要投加催化剂提高脂肪胺的去除效果。实验室制备了γ-AlOOH（HAO）和γ-Al2O3（RAO）两种氧化铝催化剂,通过对比实验选出其中催化性能较好的RAO进行脂肪胺的去除效能研究,考察了低臭氧投加量（≤4mg/L）下催化剂投加量、臭氧投加量、底物浓度、pH和温度等的影响,也测定了产物中脂肪胺、亚硝胺、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。同时进行了单独臭氧氧化脂肪胺的研究与催化臭氧化进行对比。催化实验结果表明,RAO催化臭氧氧化脂肪胺的去除率>70%,反应速率远大于单独臭氧氧化。在RAO的催化作用下,有机氮矿化的程度有较大的提高,消毒之后的亚硝胺生成量也有明显的减少（NDMA的生成减少>50%）。pH、温度、臭氧投量的提高都可以增加去除率,水质和重复使用次数对RAO的催化性能影响较小。综上所述,RAO催化臭氧化技术是一种能够有效去除水中亚硝胺生成前质脂肪胺从而控制水中亚硝胺生成量的实用方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 我国水资源形势和脂肪胺类物质对水体的污染情况
• 2O₃ 催化臭氧化法去除水中有机物的发展动态'>1.2 Al₂O₃催化臭氧化法去除水中有机物的发展动态
• 2O₃ 催化臭氧化体系的除污染效果'>1.2.1 Al₂O₃催化臭氧化体系的除污染效果
• 1.2.2 催化臭氧化效果的影响因素
• 2O₃ 催化臭氧化体系催化反应机理的假说'>1.2.3 Al₂O₃催化臭氧化体系催化反应机理的假说
• 1.3 高级氧化方法去除脂肪胺研究的发展动态
• 1.4 课题研究的意义和主要内容
• 1.4.1 课题研究的意义
• 1.4.2 课题研究的主要内容
• 第2章 实验材料和方法
• 2.1 实验试剂和设备
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 溶液的配制
• 2.2.2 臭氧化过程
• 2.3 检测方法
• 2.3.1 臭氧检测方法
• 2.3.2 pH 值测定
• 2.3.3 亚硝胺检测方法
• 2.3.4 硝酸根和亚硝酸根检测方法
• 2.3.5 脂肪胺检测方法
• 2.4 催化剂的制备和表征
• 2.4.1 催化剂的制备
• 2.4.2 催化剂的表征
• 第3章 水中典型脂肪胺调查
• 3.1 北方某市A 给水厂调查结果
• 3.2 北方某市B 污水厂调查结果
• 3.3 北方某市C 小区生自来水和生活污水调查结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 单独臭氧氧化脂肪胺效能研究
• 4.1 单独臭氧氧化甲胺效能研究
• 3 /MA）的影响'>4.1.1 臭氧和甲胺摩尔浓度比（O₃/MA）的影响
• 4.1.2 pH 值的影响
• 4.1.3 温度的影响
• 4.1.4 叔丁醇的影响
• 4.2 单独臭氧氧化二甲胺研究
• 3/DMA）的影响'>4.2.1 臭氧和二甲胺摩尔浓度比（O₃/DMA）的影响
• 4.2.2 pH 值的影响
• 4.2.3 温度的影响
• 4.2.4 叔丁醇的影响
• 4.3 本章小结
• 2O₃催化臭氧氧化脂肪胺效能研究'>第5章 Al₂O₃催化臭氧氧化脂肪胺效能研究
• 5.1 催化剂的选择
• 5.2 RAO 催化臭氧氧化甲胺效能研究
• 5.2.1 催化剂吸附的影响
• 5.2.2 催化剂投量的影响
• 3/MA）的影响'>5.2.3 臭氧和甲胺摩尔浓度比（O₃/MA）的影响
• 5.2.4 pH 值的影响
• 5.2.5 温度的影响
• 5.2.6 叔丁醇的影响
• 5.2.7 催化剂重复使用次数影响
• 5.3 RAO 催化臭氧氧化二甲胺效能研究
• 5.3.1 催化剂吸附的影响
• 5.3.2 催化剂投量的影响
• 5.3.3 臭氧和二甲胺摩尔浓度比（03/DMA）的影响
• 5.3.4 pH 值的影响
• 5.3.5 温度的影响
• 5.3.6 叔丁醇的影响
• 5.3.7 催化剂重复使用次数影响
• 5.4 RAO 催化氧化体系对实际水体的净化效果
• 5.5 RAO 催化臭氧化工艺出水氯胺消毒的消毒副产物分析
• 5.6 本章小结
• 3和₃ 氧化脂肪胺反应机理初探'>第6章 RAO/O₃和₃氧化脂肪胺反应机理初探
• 3和O₃ 体系产物研究'>6.1 RAO/O₃和O₃体系产物研究
• 6.2 臭氧氧化脂肪胺反应途径假说
• 6.2.1 甲胺反应途径
• 6.2.2 二甲胺反应途径
• 6.3 RAO 催化原理推论
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢