微波强化Fe2O3-La2O3/CNTs-H2O2催化氧化水处理方法及反应机理研究

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本文建立了微波强化带压Fe2O3-La2O3/CNTs-H2O2催化氧化水处理新方法及其反应机理的研究。研制了负载型Fe2O3/CNTs和Fe2O3-La2O3/CNTs纳米催化剂并进行结构表征;取自大庆油田的聚合物驱采油实际废水和高浓度苯酚模拟废水作为样品,证明微波强化带压密闭技术处理高浓度难降解有机废水的可行性;研究不同氧化体系中羟基自由基的产生规律及反应机理;并建立了水中羟基自由基的测定方法。  利用微波辐照技术对碳纳米管进行纯化和改性处理,研究了微波功率、微波辐照时间、硝酸浓度和体积对碳纳米管的处理效果。改性后的碳纳米管具有良好的活性和吸附性能,适宜作为催化剂的载体。处理过程的特点是节省时间、材料和费用。  本文以碳纳米管为载体,采用沉淀法制备了Fe2O3/CNTs催化剂;同时,采用分布沉淀-微波辐射法制备Fe2O3-La2O3/CNTs催化剂。研究了Fe3+浓度、La3+浓度、沉淀pH值、吸附时间、吸附温度、陈化时间、陈化温度、焙烧温度和焙烧时间等因素对催化剂制备工艺的影响。采用XRD、XPS和TEM等分析技术对催化剂进行表征。结果表明,微波辐射法制备Fe2O3-La2O3/CNTs催化剂消除了Fe元素在碳纳米管载体上的团聚现象,并且微波辐照技术对纳米催化剂的制备过程具有指导意义。用6000mg/L的苯酚配水评价催化剂制备方法和活性,证明微波辐射法制备Fe2O3-La2O3/CNTs催化剂适合降解高浓度难降解有机废水。  采用微波强化技术处理聚合物驱采油实际废水和高浓度苯酚配水,建立了微波强化带压密闭技术处理高浓度难降解有机废水的新方法。比较微波强化催化氧化工艺和微波强化氧化工艺对两种废水的处理效果,讨论了纳米Fe2O3-La2O3/CNTs催化剂在反应过程中的催化能力和使用效果。聚合物驱采油废水(COD浓度2400mg/L)COD去除率是60.02%,TOC去除率是21.60%。聚合物驱油废水的可生化性得到明显的提高,BOD5/COD由0.12提高到0.37。高浓度苯酚(酚浓度为6000mg/L),酚的去除率为87.10%,TOC去除率为16.96%。纳米Fe2O3-La2O3/CNTs催化剂经过使用多次以后,负载组分铁、镧元素的流失较少,仍保持很好的稳定性。  研究不同反应体系中羟基自由基的生成规律。研究了微波强化带压密闭系统中压力、微波辐照时间、催化剂和氧化剂及pH值对微波强化带压密闭Fe2O3-La2O3/CNTs-H2O2过程和微波强化带压密闭-H2O2过程中羟基自由基生成规律的影响;微波强化技术可以使大量的羟基自由基存在,微波强化带压密闭Fe2O3-La2O3/CNTs-H2O2催化氧化方法所生成的羟基自由基的浓度大于微波强化-H2O2氧化方法的生成量。微波强化带压密闭Fe2O3-La2O3/CNTs-H2O2催化氧化反应中生成羟基自由基的特点:微波密闭反应体系中,反应压力为0.6Mpa、H2O2浓度0.3g/L、催化剂用量0.6 g/L、pH值为6、微波间歇辐照时间6min时,羟基·OH自由基的生成量最多;微波强化带压密闭-H2O2氧化反应中生成羟基自由基的特点是:微波密闭反应体系中,反应压力为0.6Mpa、H2O2浓度0.3g/L、pH值为6、微波间歇辐照时间6min时,羟基·OH自由基的浓度最高;微波强化带压密闭Fe2O3-La2O3/CNTs-H2O2催化氧化方法和微波强化带压密闭-H2O2氧化方法降解有机污染物的过程是热效应和非热效应共同作用的结果。  本文还建立了流动注射光度法测定水中羟基自由基含量的方法。以Fenton反应为基础,产生的·OH将Ce3+氧化生成Ce4+。基于Ce4+与8-羟基奎琳的显色反应,采用流动注射分析(FIA)技术,在室温下间接测定体系中·OH含量。并且适用于·OH的在线测定。该方法的测定频率为60样/h;线性范围0~0.071g/L,检出限为0.0025g/L,线性相关系数0.9993。
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