废水臭氧催化氧化碳质催化剂材料的制备与优化(附件)
本课题对单一臭氧氧化，单一活性炭吸附，臭氧催化氧化以及催化剂的改性与负载进行研究，为处理类似甲苯的有毒难降解有机物提供重要理论依据。实验结果表明，单一臭氧氧化的去除率为44.7%。单一活性炭吸附的去除率为37.5%。以活性炭为催化剂，臭氧催化氧化的去除率为67.5%。强酸改性活性炭中，用pH为1-2的硫酸溶液改性的活性炭效果最佳，去除率能达到77.5%。金属氧化物负载活性炭中，以0.025g/ml的MnCl2溶液浸渍后，烧焙而成的新鲜二氧化锰负载活性炭性能最好，去除率能达到80%，放置一段时间后，效果会降低；以0.025g/ml的CuSO4溶液浸渍后，烧焙而成的氧化铜负载活性炭性能最佳，也最稳定，去除率能稳定在75%。关键词 臭氧氧化，活性炭，催化，改性，负载
目 录
1 绪论 1
1.1 难降解有机废水的危害与处理现状 1
1.2 臭氧催化氧化技术 1
1.3 本论文的研究目的和意义 3
2 实验部分 3
2.1 实验仪器与药品 3
2.2 实验装置图 5
2.3 实验测定方法 5
2.4 实验方法 8
2.4.1 催化剂材料的制备方法 8
2.4.2 催化剂材料的表征方法 9
2.4.3 单一臭氧氧化实验方法 9
2.4.4 单一活性炭吸附实验方法 9
2.4.5 臭氧催化氧化实验方法 9
3 结果与讨论 10
3.1 单一臭氧氧化实验 10
3.1.1 臭氧投加量的确定 10
3.2 单一活性炭吸附实验 11
3.2.1 活性炭用量和吸附时间的影响 11
3.3 臭氧催化氧化实验 13
3.3.1 活性炭用量的确定 13
3.3.2 不同改性活性炭的影响 14
3.3.3 不同负载活性炭的影响 14
3.4 材料的表征 16
3.4.1 SEM电镜的分析 16
3.4.2 X射线衍射分析 17
结 论 19
致 谢 20
参考文献 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
/> 1 绪论
难降解有机废水的危害与处理现状
工业废水中，难降解有机物具有较大的危害，并且难以处理。本课题中，针对有毒的难降解有机物甲苯进行处理，甲苯的主要产生途径是在石油的加工过程中，甲苯广泛的运用于工业生产当中，例如[1]作为溶剂用于油类，作为不同种类染料的的有机合成原料，也是汽油燃料中的一种重要成分。由于甲苯的应用广泛，很容易造成甲苯的污染，含甲苯废水的的超标排放，极大地污染着周围环境，也对人类的健康造成极大地影响，甲苯的化学性质活泼[2]，难降解，并且有毒性，属于三类致癌物之一。
目前在这方面的研究有这几种方法，将铁碳内电解与芬顿试剂投加法[34]相结合，这种方法对难降解有机物处理效不高，且容易引发二次污染，此外甲苯的有毒性，容易引起后续生物处理系统的崩溃；光催化氧化法[5]，这种方法的催化剂不够稳定；臭氧催化氧化法，本课题研究这种方法，这种方法处理效率较高，且无二次污染，总之，类似含甲苯的有机废水具有极大的安全隐患，需要有效的技术来进行处理。
臭氧催化氧化技术
1.2.1 臭氧的物理化学性质
臭氧化学性质活泼，容易分解成氧气，具有刺激性的鱼腥味的臭味，从而得名臭氧。臭氧是氧的同素异形体[6]，分子式是O3。臭氧具有很强的氧化性，也很不稳定，在常温下分解较慢，随着温度的升高，其分解速度也逐渐提高。臭氧比氧气更易溶解在水中。
1.2.2 臭氧氧化的反应原理
臭氧氧化有机物的原理有直接反应和间接反应两种原理，直接反应中有偶极加成反应、亲电反应和亲核反应；间接反应中有电子转移反应、抽氢反应和OH加成反应。
（1)直接反应
a.偶极加成反应[7]
臭氧具有的偶极性，能使臭氧加成到不饱和键上，所以臭氧能与含不饱和键的有机物反应，甲苯为不饱和有机物，能与臭氧发生偶极加成反应，从而达到去除甲苯的效果。
b.亲电反应
亲电反应，容易在有机化合物高电子云密度的位置上发生反应，给电子基(如氨基，羟基等)的有机化合物的邻、对位碳原子上的电子云密度较高，能与臭氧较快的发生反应;与之相对，吸电子基(如羧基，硝基等)的有机化合物的邻、对位碳原子上的电子云密度较低，与臭氧的反应速度较慢，这种情况，臭氧主要对间位碳原子产生影响。
c.亲核反应[8]
亲核反应，在缺电子的位置上容易发生反应，特别容易在具有吸电子基的碳位上发生反应。
由上述内容可知，臭氧与有机物的反应是有选择性的，主要与一些不饱和有机物和特殊的官能团发生反应。
（2）间接反映
a.电子转移反应：臭氧获取其它物质上的电子，臭氧本身被氧化为OH
b.抽氢反应：臭氧利用有机物不同取代基上的H变成H2O，有机物则变为有机物自由基。
c.OH加成反应：OH加成到有机化合物的双键上。
1.2.3 活性炭吸附原理
活性炭具有的比表面积较大和较复杂的微孔结构[9]，活性炭的吸附表面积大，其中微孔结构占比较多，由于活性炭的这种特殊结构，水中的有机物能容易的被活性炭吸附。活性炭的吸附作用，目前认为有以下三类[10]，1、含氧基团存在于活性炭表面，电子从含氧基团传递至废水中的有机污染物质;2、扩散作用[11]发生在石墨结构的n电子和吸附质之间;3、离子之间存在的静电作用。
1.2.4 臭氧催化氧化的反应原理
在反应中，活性炭可能和碱性中自由羟基的作用一样，从而臭氧基型链反应被引发[12]，能加速OH等自由基的生成[13]。活性炭作为催化剂，与臭氧一起作用，去除有机污染物的反应属于高级氧化技术，与之类似的有涉及臭氧生成OH的反应环境。此外，活性炭还具有其他优势，比如巨大表面积和使用方便的特点，是一种实用性很强的催化剂。
目 录
1 绪论 1
1.1 难降解有机废水的危害与处理现状 1
1.2 臭氧催化氧化技术 1
1.3 本论文的研究目的和意义 3
2 实验部分 3
2.1 实验仪器与药品 3
2.2 实验装置图 5
2.3 实验测定方法 5
2.4 实验方法 8
2.4.1 催化剂材料的制备方法 8
2.4.2 催化剂材料的表征方法 9
2.4.3 单一臭氧氧化实验方法 9
2.4.4 单一活性炭吸附实验方法 9
2.4.5 臭氧催化氧化实验方法 9
3 结果与讨论 10
3.1 单一臭氧氧化实验 10
3.1.1 臭氧投加量的确定 10
3.2 单一活性炭吸附实验 11
3.2.1 活性炭用量和吸附时间的影响 11
3.3 臭氧催化氧化实验 13
3.3.1 活性炭用量的确定 13
3.3.2 不同改性活性炭的影响 14
3.3.3 不同负载活性炭的影响 14
3.4 材料的表征 16
3.4.1 SEM电镜的分析 16
3.4.2 X射线衍射分析 17
结 论 19
致 谢 20
参考文献 21
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/> 1 绪论
难降解有机废水的危害与处理现状
工业废水中，难降解有机物具有较大的危害，并且难以处理。本课题中，针对有毒的难降解有机物甲苯进行处理，甲苯的主要产生途径是在石油的加工过程中，甲苯广泛的运用于工业生产当中，例如[1]作为溶剂用于油类，作为不同种类染料的的有机合成原料，也是汽油燃料中的一种重要成分。由于甲苯的应用广泛，很容易造成甲苯的污染，含甲苯废水的的超标排放，极大地污染着周围环境，也对人类的健康造成极大地影响，甲苯的化学性质活泼[2]，难降解，并且有毒性，属于三类致癌物之一。
目前在这方面的研究有这几种方法，将铁碳内电解与芬顿试剂投加法[34]相结合，这种方法对难降解有机物处理效不高，且容易引发二次污染，此外甲苯的有毒性，容易引起后续生物处理系统的崩溃；光催化氧化法[5]，这种方法的催化剂不够稳定；臭氧催化氧化法，本课题研究这种方法，这种方法处理效率较高，且无二次污染，总之，类似含甲苯的有机废水具有极大的安全隐患，需要有效的技术来进行处理。
臭氧催化氧化技术
1.2.1 臭氧的物理化学性质
臭氧化学性质活泼，容易分解成氧气，具有刺激性的鱼腥味的臭味，从而得名臭氧。臭氧是氧的同素异形体[6]，分子式是O3。臭氧具有很强的氧化性，也很不稳定，在常温下分解较慢，随着温度的升高，其分解速度也逐渐提高。臭氧比氧气更易溶解在水中。
1.2.2 臭氧氧化的反应原理
臭氧氧化有机物的原理有直接反应和间接反应两种原理，直接反应中有偶极加成反应、亲电反应和亲核反应；间接反应中有电子转移反应、抽氢反应和OH加成反应。
（1)直接反应
a.偶极加成反应[7]
臭氧具有的偶极性，能使臭氧加成到不饱和键上，所以臭氧能与含不饱和键的有机物反应，甲苯为不饱和有机物，能与臭氧发生偶极加成反应，从而达到去除甲苯的效果。
b.亲电反应
亲电反应，容易在有机化合物高电子云密度的位置上发生反应，给电子基(如氨基，羟基等)的有机化合物的邻、对位碳原子上的电子云密度较高，能与臭氧较快的发生反应;与之相对，吸电子基(如羧基，硝基等)的有机化合物的邻、对位碳原子上的电子云密度较低，与臭氧的反应速度较慢，这种情况，臭氧主要对间位碳原子产生影响。
c.亲核反应[8]
亲核反应，在缺电子的位置上容易发生反应，特别容易在具有吸电子基的碳位上发生反应。
由上述内容可知，臭氧与有机物的反应是有选择性的，主要与一些不饱和有机物和特殊的官能团发生反应。
（2）间接反映
a.电子转移反应：臭氧获取其它物质上的电子，臭氧本身被氧化为OH
b.抽氢反应：臭氧利用有机物不同取代基上的H变成H2O，有机物则变为有机物自由基。
c.OH加成反应：OH加成到有机化合物的双键上。
1.2.3 活性炭吸附原理
活性炭具有的比表面积较大和较复杂的微孔结构[9]，活性炭的吸附表面积大，其中微孔结构占比较多，由于活性炭的这种特殊结构，水中的有机物能容易的被活性炭吸附。活性炭的吸附作用，目前认为有以下三类[10]，1、含氧基团存在于活性炭表面，电子从含氧基团传递至废水中的有机污染物质;2、扩散作用[11]发生在石墨结构的n电子和吸附质之间;3、离子之间存在的静电作用。
1.2.4 臭氧催化氧化的反应原理
在反应中，活性炭可能和碱性中自由羟基的作用一样，从而臭氧基型链反应被引发[12]，能加速OH等自由基的生成[13]。活性炭作为催化剂，与臭氧一起作用，去除有机污染物的反应属于高级氧化技术，与之类似的有涉及臭氧生成OH的反应环境。此外，活性炭还具有其他优势，比如巨大表面积和使用方便的特点，是一种实用性很强的催化剂。
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