碳材料催化湿式氧化处理垃圾渗滤液的研究

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城市生活垃圾处理过程中产生的垃圾渗滤液由于成分复杂,有机物含量高,有毒有害物质含量高等特点,使得其处理成为目前废水处理领域的难点和热点。催化湿式氧化技术(CWPO)可以完全适应垃圾渗滤液的水质特点,并且其处理效率高,不会产生二次污染,具有很好的应用前景。  本论文主要研究了碳纳米管和活性炭催化剂在CWPO处理垃圾渗滤液反应中的催化活性,并通过分析水体中的DOM,初步探究了CWPO的反应机理。  采用不同的改性方法对不同管径的碳纳米管进行改性处理,以其CWPO处理垃圾渗滤液的COD去除率为指标,得出混酸改性管径<8nm的碳纳米管催化效率最高,COD去除率达到82.3%。L34(12)的正交实验和单因素优化实验表明,反应温度和氧化剂当量比对CWPO反应有显著性影响,反应时间和催化剂投加量对CWPO反应的影响不显著,改性碳纳米管CWPO最佳工艺条件为:反应温度160℃,氧化剂当量比1.8,反应时间60min,催化剂投加量0.1g/L,此时COD去除率达到81.2%。  采用浸渍法制备Cu/CNTs催化剂,最佳的制备条件为:浸渍浓度0.8mol/L,焙烧温度500℃,焙烧时间2h时,此时COD去除率最大,为85.1%。并进行了单因素优化实验,得到Cu/CNTs催化剂CWPO处理垃圾渗滤液最佳的工艺条件:反应温度200℃,反应时间60min,氧化剂当量比1.8,催化剂投加量0.1g/L,此时COD去除率为87.1%。  对三种不同材质的活性炭采用不同的方法改性,其中1mol/L盐酸改性木质活性炭在CWPO处理垃圾渗滤液中的催化活性最高,对COD的去除率达到74.3%。对CWPO反应进行单因素优化实验,得到改性活性炭CWPO反应的最佳工艺条件为:反应温度为180℃,氧化剂当量比为2.0,反应时间120min,催化剂投加量4g/L时,此时COD去除率为63.9%。再用浸渍法制备Cu/AC催化剂,得到最佳的制备条件为:浸渍浓度0.6mol/L,焙烧温度400℃,焙烧时间2.5h。此时对COD的去除率达到83.1%。对CWPO过程进行单因素优化实验,得到Cu负载活性炭的最佳工艺条件:反应温度180℃,氧化剂当量比1.8,反应时间120min,催化剂投加量4g/L。此时COD去除率为83.9%。  对改性和负载的碳材料进行SEM、FT-IR、Boehm滴定、XRD和BET表征,得知改性后碳材料表面生成了羧基、酚羟基和内酯基等酸性含氧官能团,负载后碳材料上引入了活性组分,Cu/CNTs的主要活性组分为CuO,Cu/AC的主要活性组分为Cu4O3。比表面积大小依次为负载碳材料>改性碳材料>未处理碳材料。  对反应前后水体中的DOM进行三维荧光光谱和紫外-可见光谱分析,得出CWPO反应可以有效去除水体中大分子的腐殖酸和富里酸。此外,对水体色度也有明显降低。
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