TiO2/粉煤灰催化臭氧氧化处理印染废水技术研究

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粉煤灰是我国主要的工业固体废物之一,以粉煤灰为载体来催化臭氧可以产生更多的羟基自由基,从而可以达到以废治废的目的,其蕴含着巨大的经济效益和环境效益。本研究以位于苏州新区长江路的华能苏州热电厂生产过程中产生的粉煤灰为主要载体,通过调整实验条件,最终制备出催化性能最佳的粉煤灰基催化剂,并将其应用于臭氧氧化工艺中,在吴江第二印染厂排放废水的深度处理阶段验证其使用效果,并最终使该股废水达到工艺要求的回用标准。首先,对粉煤灰进行改性;然后,寻找对臭氧催化氧化工艺效果最好的活性组分,并通过处理使其负载到改性粉煤灰颗粒上;最后,通过统计影响因子种类及水平数量,参照正交试验表设计出正交实验,并计算其各因子营销程度,找出制备最佳催化剂的条件。对于制备出来的具有良好催化性能的催化剂,结合SEM法、BET法和XRD法对催化剂的内部微观空间结构及吸附性能进行较为全面的综合表征。考察催化反应的开始pH值、催化剂的需求浓度、整个反应进行的时间和O3输出占整个气体输出的体积分数对深度处理印染废水的影响,确定处理模拟废水的最佳反应条件及药剂投加量。初步探讨催化臭氧氧化的反应动力学及其反应机理。通过实验研究,初步得出以下4条结论:(1)粉煤灰用硫酸改性效果最好;确定二氧化钛均匀分布于粉煤灰内部孔道后形成的复合催化剂对臭氧的活性具有很高的改进;制备该种催化剂的最佳反应条件及物质比例为:活性组分负载量为1%(wt),煅烧温度为3000C,持续煅烧2小时,煅烧后的颗粒浸渍于硫酸中的时间为15小时;对催化剂进行结构分析后的数据表明:TiO2/粉煤灰的比表面积为78799cm2/g,相比之下,未经过任何处理的原生粉煤灰比表面积仅仅只有9468cm2/g,微观结构分析表明,催化剂具有更大的比表面积证明其内部孔道越丰富,可提供给催化剂附着的空间越大,负载的有效催化剂也就越多,相对的催化性能也会大大提高。(2)综合各实验结果分析得出各影响因素对印染废水中CODcr去除率的影响程度大小:O3输出体积分数>初始pH值>催化剂投入量>反应时间;单因素优化实验和正交实验的综合结果表明催化臭氧深度处理印染废水的最佳反应条件及药剂投加量为:O3输出体积分数40%,pH=8.0(即原水pH),反应时间60分钟,催化剂投入量为4克;对印染废水中COD去除率的影响,催化臭氧氧化(75%)比单独臭氧氧化(41%)更具优势。(3)催化剂使用量不同、臭氧输出浓度也不同时,催化臭氧氧化反应的速率都能够符合一级化学反应动力学方程,对催化臭氧氧化体系和单独臭氧氧化体系的活化能进行测定,分别为12.36KJ/ml和22.16KJ/ml,说明催化剂的引入能降低活化能,提高反应速率。(4)用邻二氮菲-Fe(Ⅱ)分光光度法间接测定催化臭氧体系和单独臭氧体系中·OH的浓度分别为0.22mmol/L和0.17mmol/L,说明催化剂的引入可以促使产生更多的游离·OH,证明了催化臭氧氧化条件下的废水中产生了更强的氧化能力,提高了对废水中难降解有机物的处理能力;催化臭氧体系与单独臭氧化体系相比,对羟基自由基的抑制剂具有更强的耐受性。
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