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酚类化合物是一种原型质毒物,对一切生物个体都有毒害作用,被美国国家环保局列为129种优先控制污染物黑名单中的一种,在我国水污染控制中被列为重点解决的有害废水之一。根据含酚废水的浓度,通常将质量浓度高于1000mg/L的称为高浓度含酚废水。本实验采用自制高浓度苯酚废水COD=9000 mg/L,以活性碳为载体,浸渍法制备了Ru-C、MnO<,2>/CeO<,2>、CeO<,2>/Ru-C粉末催化剂以及经过高温活化后的CeO<,2>/MnO<,2>/Ru-C小球催化剂,并对所制备的催化剂运用了XRD、XPS分析,目的在于寻求低温、短时间内运用湿式催化氧化法处理高浓度苯酚废水的可行性,并控制贵金属的用量以降低工业化成本;相应的采用β-PbO<,2>/Ti电极为阳极,γ-MnO<,2>作为活性阴极材料对苯酚废水进行电催化氧化处理,讨论了所制阴极的成型及电化学性能;为了进一步探求电催化氧化法用于处理高浓度苯酚废水的辅助性,糅合湿式催化氧化法和电催化氧化法为水热电催化氧化法来处理高浓度苯酚废水,并结合多种检测手段对降解中间产物进行捕捉和机理分析。
研究结果表明:用自制的高温活化后的活性碳小球负载贵金属和过渡金属掺杂的催化剂能大大降低高浓度苯酚废水△COD%值,缩短反应所需时间,降低反应温度,并克服了过渡金属的溶出问题,与其他催化剂相比,催化剂制备方法简单,易于回收,大大降低了工业成本;若以γ-MnO<,2>代替Ti网作为阴极,β-PbO<,2>/Ti电极为阳极,NaCI作为支持电解质电催化氧化高浓度苯酚废水3小时后,△COD%可达90%以上。鉴于湿式催化氧化与电催化氧化降解有机物的自由基理论,本课题考察了水热电催化氧化法处理高浓度苯酚废水的效果,其结果优于单一的电催化氧化法或湿式催化氧化法。在85℃时,△COD%达90.34%,在150℃时运用此法可将CWOP时的89.62%提高至94.15%。说明水热电催化氧化法是一种很有潜力的高级水处理技术。
在寻求电催化氧化法的辅助作用时,我们先以γ-MnO<,2>为阴极,β-PbO<,2>/Ti电极为阳极探求了苯酚降解的中间产物,从聚合的角度解释了苯酚的矿化机理。后在对水热电催化氧化中间产物的捕捉中发现了与电催化氧化类似的-1,2,3-三乙酰基丙烷,以及氯代苯酚类化合物,说明作为电解质的NaCl在高温高压下参与到了反应中,其降解机理类似于氯代苯酚类化合物的自由基进攻机理。
本实验存在的主要问题有提高阴极的效率和寿命,对水热电催化氧化降解苯酚机理的完善以及所制备的催化剂小球的永久活性问题等。