溶胶凝胶法制备金属氧化物催化剂用于类fenton法处理高浓度有机废水的研究（一）【字数：8162】
在处理酸性高浓度有机废水的过程中，利用以Al2O3为载体，通过溶胶-凝胶法将过渡金属Cu吸附在载体表面，经过马沸炉烧结形成类Fenton非均相催化剂，处理废水时具有良好的催化作用，与传统的Fenton试剂相比，具有去除率更高的特点。实验主要利用单因素方法研究了载体的选择，过渡金属Cu含量，催化剂烧结温度，反应时间，反应温度，双氧水和催化剂用量对探究处理酸性高浓度有机废水的影响，通过处理后有机废水的pH值，COD（化学需氧量）去除率来综合考虑反应条件的处理效果。研究结果表明，使用类Fenton非均相催化剂在反应温度为80℃，反应时间为8h时，双氧水7ml，催化剂2g时处理酸性高浓度有机废水达到最佳效果，有机废水的pH值从3.75到6.23。从COD去除率来看，将原始COD值100000mg/l降解到4750.0mg/l，COD去除率达到95.25%。从经济效益来看，通过溶胶凝胶法制得的非均相催化剂廉价易得，一次投入量少，就可以有效的用于处理高浓度酸性有机废水。因此这个方法是一种高效具有经济优势的类Fenton催化剂,具有很好实际利用价值。
Key words: Fentonlike catalyst Acidic high concentration organic wastewater wet oxidation process value of pH COD removal rate 目录
1、前言 1
1.1研究现状与趋势 1
1.4研究目的和意义 2
2.实验部分 3
2.1药品与仪器 3
2.1.1药品 3
2.1.2仪器 3
2.2废水介绍 4
2.3实验方法 4
2.3.1溶胶凝胶法催化剂的制备方法 4
2.3.2废水的处理 4
2.3.4废水酸度的检测 5
3. 结果与讨论 6
3.1溶胶凝胶法选用不同载体对处理酸性高浓度有机废水的影响 6
3.2溶胶凝胶法加入不同量的硫酸铜溶液对处理酸性高浓度有机废水的影响 7
3.3催化剂烧结温度对处理酸性高浓度有机废水的影响 8
3.4 反应温度对处理酸性高 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
浓度有机废水的影响 9
3.5 反应时间对处理酸性高浓度有机废水的影响 11
3.6 双氧水的量对处理酸性高浓度有机废水的影响 12
3.7 催化剂的量对处理酸性高浓度有机废水的影响 13
4.小结 15
5.展望 16
参考文献 17
致 谢 18
1、前言
1.1研究现状与趋势
随着中国经济的发展，工业化水平也日新月异，工厂中产生的废水种类和数量也在逐年增加，且一般都是酸性高浓度有机废水，这些废水酸性大，有的pH值在2左右，浓度高达到十万甚至几十万mg/l，若企业将这些不合格的废水直接排放到河道，对水体的影响较大，目前国家已经出台法令禁止企业将不达标的废水随意排放，只有企业将废水处理过后，达到了国家排放废水的标准才可以排放。超标的废水对生态环境的影响潜移默化，故有效的处理酸性高浓度有机废水迫在眉睫[1]。目前来说，常见的废水处理方法主要有物理法常见的是吸附法，化学法Fenton及类Fenton氧化法为主要方法，生物法又可以分为厌氧法和好氧法,这些方法各有利弊，所以希望能找到一种更好的方法来有效的处理废水。常规的物理和生物降解方法通常用以处理低浓度的有机废水，高浓度的有机废水用这两种方法已经不能满足需求，一般高浓度有机废水使用化学方法来降解，最常使用的化学方法是氧化方法，将废水中的有机物氧化分解为CO2和H2O，这些成分对环境的影响较小[2,3]，现阶段Fenton试剂处理酸性高浓度有机废水仍然存在许多问题，主要在于处理后的废水pH值低，化学需氧量去除率不高，污泥量多以及反应完成后废水中残留的Fe3+会不断絮凝等其他问题[4]。近年来，人们开始研究类Fenton试剂来处理酸性高浓度有机废水[5]来设计其他方案避免Fenton试剂处理废水中存在的弊端[5]。
1.2溶胶凝胶法制备金属氧化物催化剂[6,7]
溶胶凝胶法始于19世纪中叶，因为胶体化学原理在制备无机材料中获得成功后，溶胶凝胶技术得到进一步发展，此方法广泛应用在制备陶瓷、纳米材料以及复合材料中。溶胶凝胶过程中按照机制来分可分为三种类型。本次实验采用的是传统胶体型，它的化学特征是通过调节pH值或加入电解质如浓硫酸中和粒子表面电荷，蒸发溶剂通过马沸炉烧结可实现，在载体表面形成凝胶网络结构。溶胶凝胶法制备金属氧化物催化剂通过溶胶凝胶技术制备无机催化膜，该方法的基本原理是利用金属离子在胶粒表面的吸附作用，经溶胶凝胶过程，将活性组分结合到无机膜中，该方法的产物均匀性好，纯度高，反应温度低，反应也易于控制。溶胶凝胶法制备金属氧化物催化剂一般分为三个步骤：一是稳定溶胶分散系的制备使用纳米铝溶胶和拟薄水铝石，二是溶胶浇筑在载体的表面一般采用静置的方法，三是通过热处理在载体表面形成非均相膜，用马沸炉烧结来实现。
1.3类Fenton法处理酸性高浓度有机废水[8,9]
Fenton氧化法的原理主要是Fe3+将H2O2分解生成自由基中间体HO（羟基自由基）和HOO，这些自由基进一步的和废水中的有机进行反应，使之转化成易于降解的小分子物质，如CO2，H2O等，这些无机物对环境的影响较小，但是通过这个方法处理高浓度的有机废水会产生大量的污泥，处理完废水后还要对这些污泥进行处理，如在处理废水的过程中，既可以降低废水的化学含氧量COD值，又不产生大量的污泥是人们所希望的，处理完废水Fe3+会发生絮凝后来科学家们通过一系列研究发现将Fe3更换成里其他的金属离子，如Fe2+、Mn2+、Cu2+，就可以将这污泥的问题得到进一步的解决，这就是传统意义上的类Fenton法。由于酸性高浓度的有机废水浓度较高，使用其他方法过程繁杂，而类Fenton法简单高效，所以选用类Fenton法处理酸性高浓度有机废水。
1.4研究目的和意义
目前企业所产生的废水大多是酸性高浓度有机废水，本实验组接受一企业委托处理涂装废水其COD值在100000mg/l，要求将其COD值降低至5000mg/l以下，处理高浓度的有机废水降解起来要比低浓度的困难，传统的Fenton氧化法处理高浓度有机废水产生大量的污泥，处理时使用的催化剂投入量大，在Fenton氧化法的基础上进行改进，制备类Fenton非均相催化剂，处理废水的时候投入量小，产生污泥量少的特点，并且可以将COD值降到5000mg/l以下。故本实验就对制备催化剂以及反应条件进行优化。
Key words: Fentonlike catalyst Acidic high concentration organic wastewater wet oxidation process value of pH COD removal rate 目录
1、前言 1
1.1研究现状与趋势 1
1.4研究目的和意义 2
2.实验部分 3
2.1药品与仪器 3
2.1.1药品 3
2.1.2仪器 3
2.2废水介绍 4
2.3实验方法 4
2.3.1溶胶凝胶法催化剂的制备方法 4
2.3.2废水的处理 4
2.3.4废水酸度的检测 5
3. 结果与讨论 6
3.1溶胶凝胶法选用不同载体对处理酸性高浓度有机废水的影响 6
3.2溶胶凝胶法加入不同量的硫酸铜溶液对处理酸性高浓度有机废水的影响 7
3.3催化剂烧结温度对处理酸性高浓度有机废水的影响 8
3.4 反应温度对处理酸性高 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
浓度有机废水的影响 9
3.5 反应时间对处理酸性高浓度有机废水的影响 11
3.6 双氧水的量对处理酸性高浓度有机废水的影响 12
3.7 催化剂的量对处理酸性高浓度有机废水的影响 13
4.小结 15
5.展望 16
参考文献 17
致 谢 18
1、前言
1.1研究现状与趋势
随着中国经济的发展，工业化水平也日新月异，工厂中产生的废水种类和数量也在逐年增加，且一般都是酸性高浓度有机废水，这些废水酸性大，有的pH值在2左右，浓度高达到十万甚至几十万mg/l，若企业将这些不合格的废水直接排放到河道，对水体的影响较大，目前国家已经出台法令禁止企业将不达标的废水随意排放，只有企业将废水处理过后，达到了国家排放废水的标准才可以排放。超标的废水对生态环境的影响潜移默化，故有效的处理酸性高浓度有机废水迫在眉睫[1]。目前来说，常见的废水处理方法主要有物理法常见的是吸附法，化学法Fenton及类Fenton氧化法为主要方法，生物法又可以分为厌氧法和好氧法,这些方法各有利弊，所以希望能找到一种更好的方法来有效的处理废水。常规的物理和生物降解方法通常用以处理低浓度的有机废水，高浓度的有机废水用这两种方法已经不能满足需求，一般高浓度有机废水使用化学方法来降解，最常使用的化学方法是氧化方法，将废水中的有机物氧化分解为CO2和H2O，这些成分对环境的影响较小[2,3]，现阶段Fenton试剂处理酸性高浓度有机废水仍然存在许多问题，主要在于处理后的废水pH值低，化学需氧量去除率不高，污泥量多以及反应完成后废水中残留的Fe3+会不断絮凝等其他问题[4]。近年来，人们开始研究类Fenton试剂来处理酸性高浓度有机废水[5]来设计其他方案避免Fenton试剂处理废水中存在的弊端[5]。
1.2溶胶凝胶法制备金属氧化物催化剂[6,7]
溶胶凝胶法始于19世纪中叶，因为胶体化学原理在制备无机材料中获得成功后，溶胶凝胶技术得到进一步发展，此方法广泛应用在制备陶瓷、纳米材料以及复合材料中。溶胶凝胶过程中按照机制来分可分为三种类型。本次实验采用的是传统胶体型，它的化学特征是通过调节pH值或加入电解质如浓硫酸中和粒子表面电荷，蒸发溶剂通过马沸炉烧结可实现，在载体表面形成凝胶网络结构。溶胶凝胶法制备金属氧化物催化剂通过溶胶凝胶技术制备无机催化膜，该方法的基本原理是利用金属离子在胶粒表面的吸附作用，经溶胶凝胶过程，将活性组分结合到无机膜中，该方法的产物均匀性好，纯度高，反应温度低，反应也易于控制。溶胶凝胶法制备金属氧化物催化剂一般分为三个步骤：一是稳定溶胶分散系的制备使用纳米铝溶胶和拟薄水铝石，二是溶胶浇筑在载体的表面一般采用静置的方法，三是通过热处理在载体表面形成非均相膜，用马沸炉烧结来实现。
1.3类Fenton法处理酸性高浓度有机废水[8,9]
Fenton氧化法的原理主要是Fe3+将H2O2分解生成自由基中间体HO（羟基自由基）和HOO，这些自由基进一步的和废水中的有机进行反应，使之转化成易于降解的小分子物质，如CO2，H2O等，这些无机物对环境的影响较小，但是通过这个方法处理高浓度的有机废水会产生大量的污泥，处理完废水后还要对这些污泥进行处理，如在处理废水的过程中，既可以降低废水的化学含氧量COD值，又不产生大量的污泥是人们所希望的，处理完废水Fe3+会发生絮凝后来科学家们通过一系列研究发现将Fe3更换成里其他的金属离子，如Fe2+、Mn2+、Cu2+，就可以将这污泥的问题得到进一步的解决，这就是传统意义上的类Fenton法。由于酸性高浓度的有机废水浓度较高，使用其他方法过程繁杂，而类Fenton法简单高效，所以选用类Fenton法处理酸性高浓度有机废水。
1.4研究目的和意义
目前企业所产生的废水大多是酸性高浓度有机废水，本实验组接受一企业委托处理涂装废水其COD值在100000mg/l，要求将其COD值降低至5000mg/l以下，处理高浓度的有机废水降解起来要比低浓度的困难，传统的Fenton氧化法处理高浓度有机废水产生大量的污泥，处理时使用的催化剂投入量大，在Fenton氧化法的基础上进行改进，制备类Fenton非均相催化剂，处理废水的时候投入量小，产生污泥量少的特点，并且可以将COD值降到5000mg/l以下。故本实验就对制备催化剂以及反应条件进行优化。
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