煤气化灰渣作为类Fenton催化剂处理含酚废水的性能研究

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煤气化灰渣(简称灰渣)是一种煤气化行业排放的有害固体废弃物,主要产生于煤的热化学加工过程。随着我国煤气化行业的快速发展,灰渣的产生量不断增加,如何实现灰渣的无害化和资源化处理正逐渐成为煤气化行业所面临的一个主要挑战。本研究以实现灰渣在环境领域上的综合利用为出发点,首次对灰渣作为类Fenton催化剂处理含酚废水的性能进行了较为系统的研究。  论文首先采用ASAP2020、SEM/EDS、XRFS等现代分析技术对灰渣的孔径结构和物化性质进行了表征分析。综合分析结果表明灰渣是一种具有较好比表面积的粉末状固体颗粒物,元素组成以残炭和矿物成分为主,其中Fe2O3所占重量为2.58%,碳的烧失量为39%。虽然灰渣具有较发达的空隙结构,但由于其孔径以大中孔为主,表面的矿物成分较高,灰渣对苯酚并没有显示出明显的吸附特性。  不同因素对灰渣作为类Fenton催化剂降解苯酚的影响实验研究结果表明,酸性条件和较高反应温度有利于苯酚的矿化去除,过量的投加灰渣和H2O2将明显降低苯酚的去除效果,溶液中H2O2的消耗率和苯酚去除率随着反应时间的增加而升高。通过实验获得的最优反应条件为:100mg/L的苯酚溶液,灰渣投加量为8g/L,H2O2浓度为580.34 mg/L,溶液初始pH为3.02,反应时长为90min。经上述条件处理后的溶液中未检测出苯酚的存在,H2O2的消耗率高达91.02%,TOC的去除率为60.02%。在H2O2分多批次投机对苯酚去除的影响实验中,降低溶液中H2O2的浓度将减弱灰渣催化H2O2产生HO·的强度,从而减弱苯酚的去除效果;在灰渣的重复使用过程中,由于灰渣表面铁含量的不断流失,灰渣的催化性能随着使用次数的增加而逐渐降低。  在较为充分的研究了灰渣降解苯酚的性能基础上,论文对组合灰渣和双氧水处理实际含酚废水的效果做了进一步的评估分析。实验以江苏张家港市某化工企业废水为处理对象,其基本的废水水质指标:COD=1680 mg/L,TOC=487.5 mg/L,苯酚浓度=80.42 mg/L。当反应条件为pH=3.05,灰渣投加量=20g/L,30%的H2O2投加量=5mL/L时,在50℃条件下反应90min后,废水中COD和TOC浓度分别降低了45.24%和37.13%,苯酚的去除率达到了98.66%。  论文的初步研究结果表明,灰渣作为类Fenton催化剂对催化H2O2降解废水中的有机物能够起到很好的促进作用,在低浓度含酚废水处理上的综合利用具有较好的应用潜力,而且后续可通过对煤气化灰渣做改性研究以提高和拓宽其催化性能和应用范围。
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