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催化臭氧化含氮杂环类难降解有机物的研究

郝彦龙  
【摘要】:目前,随着工业技术的发展,水环境污染已是普遍存在的问题。化工中间体,纺织染料,制药等许多行业产生的废水难以被传统的生物法彻底的降解处理。甚至对传统的生物处理工艺产生抑制作用。这类物质多是以含氮杂环类结构为主,属于难降解有机物。催化臭氧化技术,能在常温条件下将各种复杂的有机物和无机物以及有毒物质降解为小分子物质,无毒或低毒物质。 本论文以膨润土为载体,以MnO_2为活性组分,催化臭氧化降解吡虫啉,亚甲基蓝,同时以MnO_2为活性组分负载到其它载体上处理某药厂实际废水,考查催化剂催化效果,以及催化臭氧化去除效果的影响因素。探索催化臭氧化技术在该反应系统下的吸附机理和反应动力学相关内容。实验结果如下: 载体膨润土原土对吡虫啉和亚甲基蓝有一定的吸附能力,分别为0.49mg/g和127.44mg/g。载体经过预处理后,吸附性能明显提高。最高吸附能力可以分别达到1.72mg/g和152.80mg/g。无论是原土还是MnO_2/膨润土催化剂对吡虫啉和亚甲基蓝的吸附均符合二级吸附动力学方程。MnO_2/膨润土催化臭氧化系统对于农药废水吡虫啉和染料废水亚甲基蓝均有很好的降解效果(分别为99.0%去除率和98.2%),均比单独臭氧氧化效果(分别为62.1%和81.26%)有很明显的提高(30min时)。吡虫啉和亚甲基蓝这两种目标降解物的矿化程度,也因为MnO_2/膨润土的加入而明显提高。单独臭氧时分别为7.0%和11.2%,加入MnO_2/膨润土催化剂时分别为16.1%和47.4%。无论是吡虫啉还是亚甲基蓝反应液,pH都是重要的影响因素,二者均在pH为碱性条件下,降解效果更好,吡虫啉在pH为11时,迅速在12min左右即可降解99.2%左右,远远大于中性(79.1%)和酸性(38.5%)条件下的去除率。而亚甲基蓝则在4min时即可降解95.2%左右,远远大于中性(50.1%)和酸性(45.5%)条件下的去除率。催化剂投加量对实验效果有一定影响,一定条件下随着投加量的增加,亚甲基蓝去除效果变好。自由基引发剂H2O_2和自由基猝灭剂叔丁醇的加入直接影响羟基自由基的氧化效果,H2O_2的加入明显加强反应系统的氧化能力,而叔丁醇的加入则降低目标物的去除效率,因此,推断催化臭氧化系统遵循羟基自由基机理。同时,亚甲基蓝催化臭氧化反应遵循假一级反应动力学特征。我们也实验了MnO_2/M型催化剂对实际制药废水COD和氨氮的降解效果。结果显示,催化臭氧化技术对制药废水COD有明显的降解效果,对氨氮具有较低的降解效果,该类型催化剂稳定性很好。


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