多相催化电解处理硝基苯和苯酚废水

论文摘要

近年来，由于电化学技术在废水治理方面的优势，该技术崭露出良好的应用前景，多相催化技术在环境废水的处理方面的应用研究也越来越深入。本文将电化学与多相催化有机结合起来，以复极固定床电解槽（BPBC）为反应器，用负载金属氧化物的多相催化剂取代传统反应器的绝缘填料，构建了多相催化电解耦合体系。分别以硝基苯和苯酚为电解底物，考察了不同催化剂填料存在情况下，有机物在多相催化电解耦合体系中的降解情况。主要得出如下结论： 采用BPBC分别处理硝基苯和苯酚废水，电解硝基苯的优化条件：电解电压40 V、支持电解质Na2SO4浓度为1000 mg·L-1、pH值为10、水力停留时间45 min：硝基苯的去除率为61.4％；电解苯酚废水的优化条件：电解电压为25 V、支持电解质Na2SO4浓度为1000 mg L-1、pH值为2.5；100 mg L-1的苯酚电解45 min，去除率为42.6％；BPBC对硝基苯和苯酚的降解过程符合一级动力学模型。 多相催化电解耦合工艺处理硝基苯废水的优化工艺条件为：电解电压40 V、支持电解质Na2SO4浓度为500 mg·L-1、pH值为10、水力停留时间45 min。经过对硝基苯降解效果的评价，筛选出了实验范围内的最佳催化剂为Fe2O3／γ-Al2O3。在用催化剂Fe2O3／γ-Al2O3为填料时，硝基苯的降解过程符合一级动力学模型；硝基苯和TOC的去除率分别为75.1％和39.8％。在引入多相催化剂后，硝基苯的处理效果有了显著的提高，硝基苯和TOC的去除率分别提高了13.7％和12.6％。硝基苯电解后，出水的可生化性有了显著的提高，BOD5／CODcr，由0.06升高到0.307。 用HPLC和GC-MS对硝基苯电解出水的产物进行分析，得到的产物有苯酚、苯胺、对氨基苯酚等物质，推测硝基苯在多相催化电解耦合工艺中的降解途径为：硝基苯可由电化学氧化直接分解，也可以由电解产生的次生氧化物间接氧化分解；除电化学氧化，也存在硝基苯电化学还原，生成苯胺、对氨基苯酚等物质，产物再进一步分解直至矿化；电解过程中硝基苯部分会矿化。 多相催化电解耦合工艺处理苯酚废水的优化工艺条件为：电解电压25 V、支持电解质Na2SO4浓度为1000 mg·L-1、pH值为2.5、水力停留时间45 min。筛选出实验范围内处理苯酚的最优催化剂为Fe2O3／ZSM-5。在优化实验条件下，以催化剂Fe2O3／ZSM-5为多相催化电解耦合工艺反应器的绝缘填料，苯酚的降解过程符合一级动力学模型；多相催化电解耦合工艺处理苯酚的效果比传统的BPBC有了明显的提高，苯酚的去除率从42.6％提高到83.5％，COD的去除率从22.3％提高到43.4％，多相催化电解耦合工艺比传统的BPBC电解苯酚的COD去除效率增加了近一倍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 含硝基苯、苯酚类废水处理技术
• 1.1.1 硝基苯废水处理技术
• 1.1.2 含苯酚废水处理技术
• 1.2 催化湿式氧化水处理技术
• 1.3 化学氧化水处理技术
• 1.4 电化学水处理技术
• 1.4.1 电化学理论
• 1.4.2 电化学方法特点及分类
• 1.5 电催化
• 1.5.1 二维催化电极
• 1.5.2 三维电极
• 1.5.3 电催化的不足
• 1.6 BPBC的基本原理
• 1.6.1 BPBC的电极
• 1.6.2 BPBC的反应原理
• 1.6.3 BPBC的研究进展及应用
• 1.7 多相催化氧化废水处理技术
• 1.8 BPBC的电催化及反应器中的多相催化
• 1.9 研究目的及内容
• 1.9.1 研究目的
• 1.9.2 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 催化剂的选择和制备
• 2.2.1 催化剂选择
• 2.2.2 催化剂的制备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 BPBC处理硝基苯、苯酚废水实验
• 2.3.2 活性炭及 ZSM-5分子筛对硝基苯的吸附
• 2.3.3 多相催化电解耦合工艺处理硝基苯废水
• 2.3.4 多相催化电解耦合工艺处理苯酚废水
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 底物浓度及物理化学参数的测定
• 2.3.2 反应产物的检测
• 2.3.3 催化剂结构及组成表征
• 2.4 参数的定义与计算
• 2.4.1 有机物、COD及 TOC去除率的定义
• 2.4.2 电流效率（ICE）
• 2.4.3 多相催化强化电化学反应效率
• EEC)'>2.4.4 电化学能耗(η_EEC)
• 3 BPBC处理硝基苯、苯酚废水的研究
• 3.1 BPBC处理硝基苯废水的研究
• 3.1.1 各因素对硝基苯去除效果的影响
• 3.1.2 硝基苯在不同电压下电解动力学研究
• 3.1.3 电解过程中溶液物理参数的变化
• 3.1.4 电极过程及有机物降解途径
• 3.1.5 小结
• 3.2 BPBC电解苯酚的研究
• 3.2.1 各因素对苯酚去除效果的影响
• 3.2.2 苯酚降解动力学研究
• 3.2.3 小结
• 3.3 本章小结
• 4 多相催化电解耦合工艺处理硝基苯废水的研究
• 4.1 5A分子筛催化体系处理硝基苯的研究
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 反应条件的优化
• 4.1.3 影响因素的考察
• 4.1.4 不同催化剂对硝基苯及TOC去除的比较
• 4.1.5 小结
• 2O₃负载催化剂处理硝基苯的研究'>4.2 γ-Al₂O₃负载催化剂处理硝基苯的研究
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 催化剂的表征
• 4.2.3 各影响因素考察
• 4.2.4 电解过程中硝基苯与TOC去除的比较
• 4.2.5 催化剂的流失
• 4.2.6 小结
• 4.3 ZSM-5分子筛负载催化剂处理硝基苯的研究
• 4.3.1 催化剂的SEM表征
• 4.3.2 各个影响因素考察
• 4.3.3 硝基苯降解的表观动力学模型
• 4.3.4 不同ZSM-5分子筛催化剂对硝基苯去除效果的影响
• 2O₃催化剂在不同载体时对硝基苯及 TOC去除的影响'>4.3.5 Fe₂O₃催化剂在不同载体时对硝基苯及 TOC去除的影响
• 4.3.6 小结
• 4.4 多相催化氧化对电化学氧化的强化
• 4.4.1 SA分子筛催化体系对电化学氧化的强化
• 2O₃催化体系对电化学氧化的强化'>4.4.2 γ-Al₂O₃催化体系对电化学氧化的强化
• 4.4.3 ZSM-5催化体系对电化学氧化的强化
• 4.5 多相催化电解耦合工艺与 BPBC电解工艺处理硝基苯的能耗分析
• 4.6 多相催化电解耦合工艺降解硝基苯途径
• 4.6.1 活性炭及 ZSM-5分子筛对硝基苯的吸附
• 4.6.2 硝基苯降解途径
• 4.7 本章小结
• 5 多相催化电解耦合工艺处理苯酚废水的研究
• 5.1 SA分子筛催化体系处理苯酚废水的研究
• 5.1.1 电解电压对苯酚去除率的影响
• 5.1.2 不同电压下的电流效率
• 5.1.3 支持电解质浓度的对降解苯酚的影响
• 5.1.4 溶液初始pH值对苯酚降解效果的影响
• 5.1.5 苯酚和 COD去除率比较
• 5.1.6 小结
• 5.2 ZSM-5分子筛催化体系处理苯酚的研究
• 5.2.1 影响因素考察
• 5.2.2 不同催化剂载体对苯酚降解效果的影响
• 5.2.3 苯酚和 COD去除率的比较
• 5.2.4 小结
• 5.3 多相催化强化电化学氧化的效率
• 5.3.1 5A分子筛催化体系对电化学氧化的强化
• 5.3.2 ZSM-5类催化剂对电化学氧化的强化
• 5.3.3 不同催化剂体系相对于BPBC的强化
• 5.4 苯酚的降解途径
• 5.5 本章小结
• 结论
• 建议
• 创新点摘要
• 参考文献
• 附录A 文中符号意义
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书