Ni2O3-MnO2-CeO2/γ-Al2O3催化剂的制备、活性评价及应用研究

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近年来一种新的废水处理技术——常温常压下湿式催化氧化技术由于操作方便、反应迅速、经济高效等特点在处理高浓度高盐难降解有机废水方面得到了广泛应用。该技术是在常温常压下用过渡金属氧化物作为催化剂促进氧化剂(H2O2、NaClO、O3和ClO2等)的分解并产生氧化能力极强的自由基,提高氧化剂的利用效率。因此制备出高活性的催化剂便成为该技术的关键。  本文以γ-Al2O3为载体,采用浸渍法制备了负载型Ni2O3-MnO2-CeO2/γ-Al2O3非均相催化剂,采用TG-DSC、XRD、SEM和XPS等表征手段对催化剂的物化性质、晶相结构、表面形貌、元素价态进行了表征。同时考察煅烧温度、煅烧时间、催化剂负载量以及次氯酸钠溶液的pH值、浓度、温度对催化剂分解次氯酸钠速率的影响。TG-DSC、XRD、SEM和XPS等表征结果表明:催化剂适宜的煅烧温度为450℃,焙烧时间为6h。加入KMnO4经煅烧后产生具有催化活性的MnO2;加入CeO2作为助剂可提高催化剂活性组分的分散性,增加其比表面积,同时可以有效抑制Ni2O3在高温下进入γ-Al2O3的晶格中,减少NiAl2O4的大量形成。催化剂的正交实验结果表明,Ni(NO3)2·6H2O、KMnO4和Ce(NO3)3·6H2O在前驱体中的含量分别为35%、6%和2%时催化剂的催化效果最好,对NaClO溶液的分解率可达83.49%。且次氯酸钠溶液pH值为6~7以及较高的浓度和温度都有助于催化剂催化分解次氯酸钠。(NO3)2·6H2O(NO3)3·6H20  Ni2O3-MnO2-CeO2/γ-Al2O3非均相催化剂催化氧化甲基橙模拟废水的实验中,考察了氧化剂次氯酸钠的投加量、Ni2O3-MnO2-CeO2/γ-Al2O3非均相催化剂投加量、反应温度、反应时间、溶液初始pH值等因素对降解甲基橙的影响,得出最佳的反应工艺为:次氯酸钠投加量0.1mL、非均相催化剂投加量10g、 pH值为6、反应20min,此条件下100mL浓度为20mg·L-1甲基橙的降解率可达99%。在此基础上进一步研究催化氧化甲基橙的表观反应动力学,结果表明:催化降解甲基橙反应为拟一级反应,其平均反应速率常数k为0.1596min-1,半衰期为4.343min,表观活化能为25305.74 J·mol-1。此外,运用紫外-可见吸收光谱初步推测了甲基橙的降解机理。  最后在常温常压下湿式催化次氯酸钠氧化处理高浓度高盐实际有机废水,经过对比实验确定最佳工艺为:微电解+双氧水预氧化+湿式催化氧化+耐高盐菌种(LBQ)好氧法组合工艺。废水经该工艺处理后出水基本无色无味,盐分从3.06%降为2.08%,COD从26385.12mg·L-1降为289.66 mg·L-1,符合三级排放标准。
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