金属离子对NaNO2催化氧化降解染料的影响研究

论文摘要

湿式氧化法（Wet Air Oxidation）是在高温（423-623K）、高压（0.5-20MPa）下，以氧气为氧化剂，将高浓度、有毒、有害、难生物降解有机污染物氧化分解为CO2和H2O等无机物或小分子有机物的一种高效的高级氧化技术。本文应用以此技术为基础发展起来的催化湿式氧化法（CWAO）法对染料水溶液进行了实验研究。选取蒽醌染料酸性蓝129（AB129）为研究对象，采用催化湿式氧化技术，在以NaNO2为催化剂的基础上，详细考察了Cu2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Cr3+、Fe3+6种金属离子助催化剂对AB129降解的影响。溶液初始浓度固定为100mg/L（0.22mM），初始pH值为2.5，氧气压力为0.5MPa，温度为150℃,当助催化剂:NaNO2:AB129的物质的量之比为0.2:0.6:1时，通过比较发现在相同的反应时间内6种金属离子的催化活性大小依次为Fe3+＞Cu2+＞Cr3+＞Co2+＞Mn2+≈Ni2+，并且在NaNO2/FeCl3体系下，反应2h后，AB129的脱色率达到了100%。在此基础上进一步考察了NaNO2/FeCl3体系中COD的变化情况，结果显示，反应4h后，NaNO2和FeCl3联合使用相对于单独使用FeCl3和NaNO2时，体系COD去除率分别提高了21%和45%,达到了68%。结合UV-vis光谱图可知,AB129分子最终矿化为CO2和小分子有机物。对NaNO2/FeCl3体系进行了反应机理的初探，在反应中通常通过添加自由基捕捉剂进行自由基的间接测定，对于O-2一般使用苯醌为捕捉剂，对于·OH，主要的捕捉剂有Br-，异丙醇。对于对苯醌和NaBr，从脱色率和紫外-可见光谱图看，反应过程中随着它们用量的增加，对AB129的脱色影响效果越明显，均起到了一定程度的抑制作用。对于异丙醇，从脱色率来看，随着其用量的增加，脱色效果却越好，但结合紫外-可见光谱图看出，异丙醇依旧是·OH的捕捉剂，减少了羟基自由基，从而抑制了催化氧化降解芳环结构。由实验结果以及在已有文献的基础上，提出可能的催化循环机理为反应过程中M（n+1）+/Mn+、NO、NO2和ONOOH之间发生循环转化对体系产生催化作用,其中ONOOH和助催化剂离子被认为是起氧化作用的活性物质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 染料废水的概况
• 1.1.1 染料的分类
• 1.1.2 染料的发色机理
• 1.1.3 染料废水的来源及特点
• 1.1.4 蒽醌染料及其毒性
• 1.2 染料废水的主要处理方法
• 1.2.1 物理法
• 1.2.2 生物法
• 1.2.3 化学法
• 1.3 湿式氧化法
• 1.3.1 湿式氧化技术的特点
• 1.3.2 WAO 机理
• 1.3.3 WAO 反应动力学
• 1.3.4 WAO 处理废水时主要影响因素
• 1.3.5 CWAO 法在染料废水处理中的应用
• 1.4 均相催化湿式氧化概述
• 1.4.1 均相催化湿式氧化研究现状
• 1.4.2 均相催化湿式氧化法的工业应用
• 1.5 本课题的由来
• 第2章 实验部分
• 2.1 原料与试剂
• 2.2 实验装置与仪器
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 主要实验仪器
• 2.3 实验操作
• 2.3.1 染料溶液及催化剂的配制
• 2.3.2 实验过程
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 吸光度检测
• 2.4.2 UV-vis 吸收光谱的扫描
• 2.4.3 化学需氧量（COD）的测定
• 第3章 金属离子催化氧化降解染料的研究
• 3.1 前言
• 3.2 金属离子对 AB129 脱色的影响
• 3.2.1 AB129 催化湿式氧化预实验
• 2+,Mn²⁺,Co²⁺,Cr³⁺对 AB129 的脱色'>3.2.2 Ni²⁺,Mn²⁺,Co²⁺,Cr³⁺对 AB129 的脱色
• 2+对 AB129 的脱色'>3.2.3 Cu²⁺对 AB129 的脱色
• 3+对 AB129 的脱色'>3.2.4 Fe³⁺对 AB129 的脱色
• 3.3 AB129 降解过程中 UV-vis 吸收光谱的变化
• 2+,Mn²⁺,Co²⁺,Cr³⁺降解 AB129 的 UV-vis 吸收光谱'>3.3.1 Ni²⁺,Mn²⁺,Co²⁺,Cr³⁺降解 AB129 的 UV-vis 吸收光谱
• 2+降解 AB129 的 UV-vis 吸收光谱'>3.3.2 Cu²⁺降解 AB129 的 UV-vis 吸收光谱
• 3+降解 AB129 的 UV-vis 吸收光谱'>3.3.3 Fe³⁺降解 AB129 的 UV-vis 吸收光谱
• 2/FeCl3对 AB129 降解的影响'>3.4 NaNO₂/FeCl3对 AB129 降解的影响
• 3.5 小结
• 2/FeCl3催化氧化体系反应机理初探'>第4章 NaNO₂/FeCl3催化氧化体系反应机理初探
• 4.1 引言
• 4.2 对苯醌对 AB129 的影响作用
• 4.2.1 对苯醌对 AB129 的脱色
• 4.2.2 对苯醌降解 AB129 的 UV-vis 吸收光谱
• 4.3 NaBr 对 AB129 的影响作用
• 4.3.1 NaBr 对 AB129 的脱色
• 4.3.2 NaBr 降解 AB129 的 UV-vis 吸收光谱
• 4.4 异丙醇对 AB129 的影响作用
• 4.4.1 异丙醇对 AB129 的脱色
• 4.4.2 异丙醇降解 AB129 的 UV-vis 吸收光谱
• 4.5 可能的反应机理
• 4.6 小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢