复合锌铁硅酸盐臭氧催化氧化水中丙烯酸效能

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丙烯酸废水具有COD浓度大、酸性强、强腐蚀性、有恶臭气味、微生物降解速率缓慢等特点,如果不经处理直接排放,会严重污染水体,影响生态环境和人体健康。常见的水处理工艺在处理丙烯酸废水时,存在运行不稳定、操作控制难度大、成本高等问题,因此,急需寻找新的处理工艺处理含丙烯酸废水。本文依托国家自然科学基金项目“金属硅酸盐催化臭氧氧化水中有机污染物的效能与机理”以水体中丙烯酸为目标污染物,以实验室制备的四种复合金属硅酸盐为催化剂,在实验室半连续流条件下,分别考察四种催化剂催化臭氧氧化去除水体中丙烯酸的效能,筛选出催化活性最好的催化剂,并对其物理性质和表面特性进行表征;分别考察不同影响因素对其催化氧化去除水体中丙烯酸效能的影响;并研究了该催化剂臭氧催化氧化降解有丙烯酸的机理。具体的工作分为以下几个方面:(1)实验室制备了锌铁、铁铜、锌锰和铁锰四种复合金属硅酸盐。在半连续流实验中,四种复合金属硅酸盐均具有较好的催化臭氧氧化降解丙烯酸的活性,其中复合复合锌铁硅酸盐的催化活性最高。(2)复合锌铁金属硅酸盐为无定型状态,材料结构中包含大量的锌铁氧化物和Fe-O-Si以及Zn-O-Si络合物并被无定型的硅酸盐包裹;通过吸附脱附实验发现,复合锌铁金属硅酸盐具有一定的吸附能力和容量,具有广泛的孔径分布;X射线光电子能谱分析(XPS)结果表明复合锌铁硅酸盐表面氧具有多种状态,但主要以羟基氧和吸附氧存在。(3)在半连续流实验中分别考察了各种影响因素对复合锌铁金属硅酸盐臭氧催化氧化去除水体中丙烯酸效能的影响。结果表明:在反应温度为20℃,臭氧流量为0.3 L/min,初始丙烯酸浓度为1000 mg/L,催化剂投加量为500 mg/L时,复合锌铁硅酸盐的催化效果最好,丙烯酸的去除率可以达到96%以上。水中常见的Na+、K+、Ca2+、Mg2+离子对丙烯酸的去除影响较小,但Cl-对丙烯酸的降解率影响最大。复合锌铁硅酸盐多次重复使用后仍可保持较高的催化活性。(4)自由基抑制试验和电子自旋共振分析(ESR)实验结果表明,在复合锌铁硅酸盐臭氧催化氧化降解丙烯酸的过程中,催化剂表面的羟基能够加速臭氧分解产生强氧化性的羟基自由基,从而提高丙烯酸的去除效能。
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