煤化工废水中高浓度氨氮的沸石吸附及锰催化氧化再生研究

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煤化工废水是煤炭加工过程中产生的一类高油、高酚、高氨氮有害废水,对于高浓度氨氮,目前主流的处理方法为蒸氨法,这种方法耗碱量大,能耗高,不符合目前低碳绿色环保的要求。本研究采用改性沸石吸附氨氮并利用锰催化次氯酸钠氧化再生沸石的工艺对煤化工废水高浓度氨氮处理效果进行研究,并确定了最佳工艺,为高浓度氨氮废水提供了新的解决方法。主要研究结果如下:(1)对比分析了来自6个不同矿区出产的沸石样品,在相同吸附条件下,发现不同矿区出产的沸石有着较为明显的吸附差异性。其中,来自内蒙古呼和浩特郊区的6号沸石表现出较为良好的吸附性能,对其进行表征分析得出6号沸石属于钙型片状沸石,孔隙结构丰富,对氨氮具有良好的吸附性。(2)分别利用酸改性、碱改性、盐改性、热改性和低温煅烧+盐联合改性这五种改性方法对沸石进行改性,其300℃低温煅烧联合1.5 mol/LNaCl盐溶液改性效果最佳,沸石单位吸附容量提升30%,并利用XRD表征分析结果得出,改性前后沸石中Na+含量显著提升,增加了离子交换容量。通过BET和FESEM对其改性沸石进行表征发现其孔容明显增大。(3)对铵饱和沸石分别利用NaOH、NaCl、HCl、NaClO和Na2S2O8溶液进行脱附再生实验,综合再生率和脱附液中残留氨氮浓度得出其NaClO溶液的脱附效果最为理想。对脱附过程进行反应条件优化,发现当NaClO投加量为0.1 mol/L、pH值为7和30 min脱附时间下,沸石再生率为93%。(4)利用水热合成加管式炉高温煅烧固定的方式将活性MnO2附着于沸石表面,得到了一种可催化NaClO提升饱和沸石脱附效率的锰基沸石,经过对比发现无论是吸附容量和再生效果都明显优于其他沸石,并对附着过程进行不同影响因素分析综合氨氮吸附、脱附效果得到最佳附着方式,其吸附容量较附着前提升11%左右,再生时间由缩短到了 15分钟,显著的缩短了再生时间。(5)通过FESEM表征分析发现锰基沸石表面出现了短棒状晶体结构,利用XRD、EDS和XPS表征结果显示,此短棒状晶体结构为α-MnO2材料;对比BET的结果显示其孔容相对于附着前提高2.14 m2/g。在对锰基沸石催化NaClO氧化脱附再生过程中的自由基捕获发现脱附液中出现ClO·自由基,之后的自由基淬灭试验也进一步验证了,脱附过程起主要作用的为ClO·和O2-·自由基。
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