复合型金属催化剂的制备及臭氧催化氧化对抗生素的降解和机理研究
本研究首先采用等体积浸渍法制备不同煅烧终温下不同比例的锰铈催化剂，通过多种表征手段及活性对比测试，分析所制备催化剂的物化性质的不同，同时筛选出效果较好的催化剂进行土霉素臭氧催化技术降解最优运行参数的探索，对土霉素在本实验中的降解路径及机理进行分析和推断。最后，选取实际畜禽废水，进一步研究臭氧催化技术对实际畜禽废水的处理效果。本论文具体的研究内容如下: (1)首先，进行催化剂的制备及表征实验，利用浸渍法在煅烧终温500℃/600℃，Mn/Ce(摩尔比):(0.05∶0.1，0.1∶0.1，0.2∶0.1)的条件下进行制备，利用XRD，SEM，BET，ICP等的表征结果来看:MnO2和CeO2被成功的负载于γ氧化铝载体上。相同活性组分浓度配比煅烧温度600℃较500℃更能提升负载于载体的锰、铈组分的结晶程度，BET比表面积，载体表面产生的羟基密度等;而相同煅烧终温下，活性组分配比中Mn所占比重的增加对催化剂制备产生了负面影响，降低了活性组分的结晶程度，比表面积。当Mn/Ce(摩尔比):(0.05∶0.1)时催化剂理化特性最好。ESR检测显示该浓度配比下煅烧终温600℃的催化剂产生羟基自由基浓度更高。以土霉素为污染物的催化臭氧活性测试显示:在pH=7的条件下，终温600℃Mn∶Ce=0.05∶0.1的催化剂效果最好，降解速率常数K值为最高值2.98×10-3，最高可以去除土霉素废水中72％的COD值，臭氧利用率到达约2.16。 (2)在pH=7的条件下，采用筛选出的最优催化剂催化臭氧处理COD值300mg/L的土霉素模拟废水，研究最优系统运行参数，在臭氧投加量为150mg/L，有效接触时间t为34min时，可获得最佳处理效果。采用最佳的实验条件经过多组重复实验可知，催化剂具有较高的稳定性，COD的去除率稳定在80％左右，臭氧化系数为2以上。通过对土霉素催化臭氧氧化过程中多种降解路径的研究，推断该过程如下:大部分土霉素首先以吸附的形式被集中于催化剂表面，存在小部分土霉素与臭氧直接氧化反应的现象。与此同时，臭氧吸附于催化剂表面与表面羟基进行结合，从而分解转化为羟基自由基。生成的羟基自由基与在催化剂表面的土霉素直接进行矿化降解。过量的羟基自由基释放到溶液中对水中副产物进行深度降解，实现对土霉素的完全降解。利用GC/MS，LC/MS对降解过程中副产物进行检测，并对微观降解过程进行合理推断。 (3)催化剂稳定性实验结果表明，耐碱实验显示pH=13的碱液可使催化剂明显失活，经酸浸泡可使活性恢复。无机盐离子的研究中显示，中性条件下，150mg/L的碳酸钠和磷酸一氢钠均可将催化处理效果抑制26％以上，而等量磷酸钠的加入则不会造成抑制效果。 (4)针对畜禽实际废水的处理，添加本实验催化剂的臭氧过程与单纯的臭氧氧化相比较，COD的去除率提高了23％。证明自制催化剂处理实际废水有较好的效果。处理实际畜禽废水的最佳条件是:臭氧投加量200mg/L，有效接触时间24min，初始溶液为pH=7，UV254去除率为77.4％、TOC去除率为52％、COD去除率也达到55.4％。根据以上实验结果可知，去除水中COD，TOC同时污水UV254值也明显下降，说明水中含苯环类和双键类污染物被明显降解。
金属催化剂;制备工艺;非均相臭氧氧化;土霉素;讲解机理;催化活性
北京化工大学
硕士
化学工程
苏本生;魏晓明
2018
中文
TQ426.8
89
2018-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）