Zn--Ce/AC催化剂的制备及臭氧催化氧化研究

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近些年来我国对水资源的治理行动已取得很大成效,但水资源受污染的整体形势仍然不容乐观。工业生产与人民日常生活消耗并污染了大量的水资源,开发实用的高级氧化技术成为了有机废水处理领域的研究重点,臭氧催化氧化技术以高效、稳定和反应条件温和等特点而受到广泛的关注,本文对非均相催化剂的制备及其在现场小试和中试的应用展开研究。
  使用等体积浸渍-焙烧的基本方法制备非均相催化剂,以苯胺和拉开粉等典型有机物对所制备催化剂的臭氧催化氧化性能进行评价,综合考虑负载金属元素的溶出量,持续对非均相催化剂的制备条件进行优化,最终选择煤质活性炭颗粒为载体,锌和铈为活性金属的Zn-Ce/AC催化剂开展后续研究,使用ICP-MS测定了活性金属元素的实际负载量,使用XRD分析推测锌和铈主要以ZnO和CeO2的形式存在于载体。
  催化剂的小试应用研究分别在浙江诸暨某污水处理厂、江苏阜宁某污水处理厂、甘肃兰州某合成橡胶厂开展。所制备催化剂在高空速、低臭氧投加量的条件下对生活污水具有优异的处理能力,对于难降解工业废水也取得了良好的处理效果,通过电解联合臭氧催化氧化处理高浓度拉开粉废水,拉开粉的去除率最高达到97.6%,COD去除率最高达到66.2%。在长期的小试过程中,系统考察了空速、臭氧投加量、水体悬浮物和曝气孔孔径等因素对臭氧催化氧化效果的影响,初步验证了催化剂的稳定性。
  催化剂的中试应用研究分别在江西樟树某污水处理厂、山东安丘某污水处理厂、山西太原某新材料有限公司开展。根据小试中出现的问题优化构建了中试体系,在试验过程中并未发现明显的放大效应,催化剂对工业废水的处理程度达到了预期目标。通过微滤-树脂联合臭氧催化氧化处理高盐浓水的过程中发现,较高的pH对臭氧催化氧化反应起到推动作用,·OH自由基抑制剂如HCO3-、CO32-对反应的抑制作用明显。经估算可知处理吨水成本在可接受的范围之内,产生臭氧的费用占据臭氧催化氧化中试运行成本的绝大部分。
  综上所述,阶段性的多项试验基本验证了Zn-Ce/AC催化剂的可行性与可靠性,臭氧催化氧化技术能够深度处理各类有机废水并且无二次污染,反应体系常温常压,操控简易,臭氧催化氧化具有广阔的工业化应用空间。
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