發(fā)布時(shí)間：2017-09-01 20:38

  本文關(guān)鍵詞：鈷、銅負(fù)載型及銅鎂復(fù)合催化劑在碳酸氫鹽活化過(guò)氧化氫體系降解苯酚的研究

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【摘要】：工業(yè)的快速發(fā)展以及人民生活水平的提高導(dǎo)致過(guò)量的有毒物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境,直接影響到了人類的生產(chǎn)和生活。在過(guò)去的幾十年,環(huán)境污染特別是水的嚴(yán)重污染使它的治理成為一個(gè)有吸引力的研究領(lǐng)域。然而,由于復(fù)雜的化學(xué)成份以及廢水難回收等問(wèn)題成為研究人員面臨的最大挑戰(zhàn)。同時(shí)催化劑金屬離子浸出率高、催化劑壽命短等問(wèn)題使得這些催化劑并沒(méi)有被廣泛應(yīng)用于廢水處理。過(guò)氧化氫是一種清潔,資源豐富,具有活性的氧化劑,碳酸氫鹽是一種弱堿性緩沖溶劑,且是自然界廣泛存在的無(wú)毒陰離子。碳酸氫鹽活化過(guò)氧化氫體系是一種綠色無(wú)污染的處理過(guò)程,主要集中于改善和提高傳統(tǒng)處理技術(shù)中穩(wěn)定性差和效率低等問(wèn)題。本論文是將多相催化體系引入到碳酸氫鹽活化過(guò)氧化氫的均相體系中,結(jié)果表明該體系不僅提高了催化劑的穩(wěn)定性并且對(duì)于綠色,高效和可持續(xù)處理廢水的發(fā)展有了更進(jìn)一步的幫助。酚類化合物的污染已經(jīng)嚴(yán)重危害到水生生物及人類的生活,苯酚作為模型化合物用來(lái)模擬廢水的處理以評(píng)價(jià)有機(jī)污染物的降解性能。論文第二部分采用分步旋轉(zhuǎn)浸漬法制備CoCu@y-Al_2O_3負(fù)載型催化劑,將該催化劑應(yīng)用于碳酸氫鹽活化過(guò)氧化氫體系中考察苯酚的催化降解性能。進(jìn)而對(duì)其一系列反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化,最后確定在焙燒溫度為500℃、10 mg催化劑、50 mM H_2O_2、15 mM NaHCO_3、反應(yīng)溫度為45℃、反應(yīng)1h時(shí)催化降解效果最好,最終使得0.5 mM苯酚達(dá)到90%的降解率,并且通過(guò)考察目標(biāo)化合物的化學(xué)需氧量(CODcr)和總有機(jī)碳量(TOC)的去除率,說(shuō)明催化劑的催化降解活性。較低的金屬離子浸出率表明碳酸氫鹽提供的弱堿環(huán)境有效的阻止了金屬離子的酸性溶出。同時(shí)還進(jìn)行了大量化學(xué)探針(自由基清除實(shí)驗(yàn))、熒光捕獲實(shí)驗(yàn)來(lái)鑒定降解過(guò)程中產(chǎn)生的活性物種,結(jié)果表明反應(yīng)過(guò)程是基于自由基降解機(jī)理完成的。論文第三章使用共沉淀法制備了一系列銅系催化劑,旋轉(zhuǎn)浸漬法制備Cu@MgO催化劑。相同反應(yīng)條件下CuMg的催化活性最好,進(jìn)而考察了該催化劑在碳酸氫鹽活化過(guò)氧化氫體系催化降解苯酚的最優(yōu)反應(yīng)條件為10 mg催化劑、30 mM H_2O_2、15 mM NaHCO_3、反應(yīng)溫度45℃、反應(yīng)1 h,最終使得0.5 mM苯酚達(dá)到94.5%的降解率。在該反應(yīng)體系中銅離子的浸出率僅為0.27 ppm,有效的提高了催化劑的穩(wěn)定性和使用壽命。實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行自由基清除實(shí)驗(yàn)、熒光以及電子順磁共振實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明該體系主要產(chǎn)生的活性物種為超氧自由基,此催化體系并非羥基自由基機(jī)理而是基于高氧化態(tài)金屬離子的降解機(jī)理。相反,CuMgAl和CuAl催化劑體系則是基于羥基自由基的自由基降解機(jī)理。隨后進(jìn)行大量電化學(xué)測(cè)試,為催化劑氧化還原性提供了更加有利的線索。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明可以通過(guò)催化劑的晶相結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)控活性物種的形成,從而更加快速有效的降解污染物。
【關(guān)鍵詞】：碳酸氫鹽 過(guò)氧化氫 苯酚 浸出率 負(fù)載型催化劑
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X703;O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 引言12-14
• 1.2 含酚廢液14-15
• 1.2.1 含酚廢液的來(lái)源及其特性14
• 1.2.2 含酚廢水的危害14-15
• 1.3 廢水的處理方法15-17
• 1.3.1 生物處理方法15
• 1.3.2 物理處理方法15
• 1.3.3 化學(xué)處理方法15-17
• 1.4 小結(jié)17-18
• 1.5 本論文的研究意義和研究?jī)?nèi)容18-22
• 第二章 鈷、銅負(fù)載型催化劑在碳酸氫鹽活化過(guò)氧化氫的條件下催化降解苯酚的研究22-50
• 2.1 引言22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器23-24
• 2.3 催化劑的制備24-25
• 2.3.1 Co@_γ-Al_20_3和Cu@_γ-Al_2O_3型催化劑的制備24
• 2.3.2 CoCu@y-A1203型雙金屬催化劑的制備24-25
• 2.4 催化劑表征方法25-26
• 2.4.1 X射線衍射(XRD)25
• 2.4.2 X射線光電子能譜(XPS)25-26
• 2.4.3 傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)26
• 2.4.4 比表面積(BET)26
• 2.5 分析方法26-29
• 2.5.1 苯酚轉(zhuǎn)化率的測(cè)定26-27
• 2.5.2 化學(xué)需要量的測(cè)定(COD_(Cr))27-28
• 2.5.3 總有機(jī)碳量的測(cè)定(TOC)28
• 2.5.4 催化劑擔(dān)載量及溶液中催化劑金屬離子浸出率的測(cè)定28-29
• 2.6 苯酚溶液的催化降解實(shí)驗(yàn)過(guò)程29-30
• 2.7 結(jié)果與討論30-43
• 2.7.1 γ-Al_2O_3負(fù)載型催化劑的XRD表征30-31
• 2.7.2 γ-Al_2O_3負(fù)載型催化劑的XPS表征31-32
• 2.7.3 γ-Al_2O_3負(fù)載型催化劑的FT-IR分析32-33
• 2.7.4 γ-Al_2O_3負(fù)載型催化劑的BET分析33
• 2.7.5 γ-Al_2O_3負(fù)載型催化劑催化降解性能比較33-34
• 2.7.6 焙燒溫度對(duì)CoCu@_γ-Al_2O_3型催化劑催化降解效果的影響34-35
• 2.7.7 催化劑用量對(duì)CoCu@_γ-Al_2O_3型催化劑催化降解效果的影響35-36
• 2.7.8 反應(yīng)溫度對(duì)CoCu@_γ-Al_2O_3型催化劑催化降解效果的影響36-37
• 2.7.9 過(guò)氧化氫濃度對(duì)CoCu@_γ-Al_20_3型催化劑催化降解效果的影響37-38
• 2.7.10 碳酸氫鈉濃度對(duì)CoCu@_γ-Al_2O_3型催化劑催化降解效果的影響38-39
• 2.7.11 空白實(shí)驗(yàn)與氧化體系對(duì)比實(shí)驗(yàn)39-43
• 2.8 機(jī)理研究43-47
• 2.9 本章小結(jié)47-50
• 第三章 銅鎂共沉淀法制備催化劑調(diào)控活性物種的形成降解苯酚的研究50-76
• 3.1 引言50-51
• 3.2 實(shí)驗(yàn)試劑51-52
• 3.3 實(shí)驗(yàn)儀器52
• 3.4 催化劑的制備52-53
• 3.5 催化劑表征方法53
• 3.6 分析方法53
• 3.7 實(shí)驗(yàn)操作53-55
• 3.7.1 苯酚溶液催化降解實(shí)驗(yàn)過(guò)程53
• 3.7.2 COD_(Cr)去除率測(cè)定實(shí)驗(yàn)53-54
• 3.7.3 自由基抑制實(shí)驗(yàn)54
• 3.7.4 電化學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)54-55
• 3.8 結(jié)果與討論55-64
• 3.8.1 銅鎂催化劑的XRD表征55-56
• 3.8.2 銅鎂催化劑的XPS表征56-57
• 3.8.3 銅鎂催化劑的FT-IR分析57-58
• 3.8.4 H_2O_2濃度對(duì)銅鎂催化劑催化降解苯酚性能影響58
• 3.8.5 NaHCO_3濃度對(duì)銅鎂催化劑催化降解苯酚性能影響58-59
• 3.8.6 反應(yīng)溫度對(duì)銅鎂催化劑催化降解苯酚性能影響59-60
• 3.8.7 催化劑的用量對(duì)銅鎂催化劑催化降解苯酚性能影響60-61
• 3.8.8 氧化體系對(duì)銅鎂催化劑催化降解苯酚與空白實(shí)驗(yàn)對(duì)比的研究61-64
• 3.9 機(jī)理研究64-74
• 3.10 本章小結(jié)74-76
• 第四章 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-88
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果88-89
• 致謝89-92

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本文編號(hào)：774307