發(fā)布時(shí)間：2020-11-03 09:14

　　 隨著工業(yè)和城市的快速發(fā)展，工業(yè)過程產(chǎn)生的重金屬、有機(jī)污染物排放對(duì)水體和土壤形成的污染及以霧霾為特征的大氣復(fù)合污染是中國(guó)目前亟待解決的主要環(huán)境矛盾。電鍍廢水是工業(yè)過程產(chǎn)生的含鐵、鉻、鋅、鎳等過渡金屬和有機(jī)絡(luò)合離子的混合廢水，如任其自由排放，將對(duì)自然生態(tài)環(huán)境及人類健康構(gòu)成嚴(yán)重的潛在風(fēng)險(xiǎn)。目前，化學(xué)沉淀法是普遍采用的電鍍廢水處理方法，這種方法雖然可以廉價(jià)高效地處理電鍍廢水，但是會(huì)帶來大量難以處理的電鍍污泥。因此，需要探索發(fā)展新的電鍍廢水及電鍍污泥處理方法和技術(shù)。另外，氮氧化物(NOx)大氣污染物和六氟化硫(SF6)溫室氣體污染物減排是與當(dāng)今國(guó)際關(guān)注熱點(diǎn)“灰霾”和“氣候變暖”高度相關(guān)的研究熱點(diǎn)。從電鍍污泥高附加值資源化和以廢治廢的思路出發(fā)，本論文應(yīng)用電鍍廢水組分匹配及雙金屬層間化合物(LDH)類沉淀產(chǎn)物原位形成調(diào)控的原理，探索利用不同種類的電鍍廢水制備組分可控、結(jié)構(gòu)可調(diào)的過渡金屬負(fù)載碳基污泥衍生氣相催化劑的可行性和實(shí)現(xiàn)路徑，探索污泥衍生產(chǎn)物應(yīng)用于典型環(huán)境污染氣體NOx和SF6的分解，研究得到的主要結(jié)論如下： (1)電鍍廢水內(nèi)源組分匹配和LDH原位形成調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)廢水重金屬的高效凈化針對(duì)不同來源的電鍍廢水任意混合導(dǎo)致廢水組分復(fù)雜共存和難以同步化學(xué)沉淀凈化的問題，以及含氰電鍍廢水中過渡金屬氰絡(luò)合物復(fù)雜共存的特征，實(shí)驗(yàn)通過比較內(nèi)源組分匹配和沉淀形成調(diào)控法、外源組分調(diào)控法及吸附劑投加法處理電鍍廢水，發(fā)現(xiàn)在不投加外源金屬材料或者吸附劑的前提下，內(nèi)源原位調(diào)控法通過對(duì)Zn(189mg/L)、Ni(392mg/L)、Cr(131mg/L)、Fe(1927mg/L)及CN(42.3mg/L)電鍍廢水中過渡金屬組分匹配混合及LDH沉淀形成調(diào)控，過渡金屬去除率分別可以達(dá)到100%(Zn)、98%(Ni)、100%(Cr)及100%(Fe)，氰化物以過渡金屬絡(luò)合物及游離態(tài)形式去除率可達(dá)63%，實(shí)現(xiàn)了不同過渡金屬離子共存廢水的同步凈化。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，沉淀產(chǎn)物是含有NiZnCr-Fe(CN)4-6-LDH結(jié)構(gòu)的電鍍污泥。 (2)重金屬?gòu)U水的內(nèi)源匹配形成調(diào)控可以形成按需設(shè)計(jì)的LDH層板層間結(jié)構(gòu)為了建立根據(jù)重金屬?gòu)U水的內(nèi)源匹配形成調(diào)控實(shí)現(xiàn)LDH層間及層板結(jié)構(gòu)按需設(shè)計(jì)的目標(biāo)，利用紅外解析方法，通過研究典型過渡金屬組成的LDH層板金屬摩爾比例以及層板組分遞變對(duì)紅外羥基及金屬含氧基團(tuán)特征組分遞變響應(yīng)規(guī)律的解析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mg:Al比例從2:1上升至4:1時(shí)，有序變化的OH-Mg2Al:OH-Mg3含量比例從95.2:4.8下降至58.9:41.1；通過研究典型層間陰離子組分配比變化對(duì)紅外鐵氰/亞鐵氰根特征組分遞變響應(yīng)規(guī)律的解析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Zn:Cr比例為2:1或4:1時(shí)，板層電荷密度為4.0及2.40e/nm2，分別有85%的Fe(CN)3-6(3.37e/nm2)或66%的Fe(CN)4-6(4.42e/nm2)在層間發(fā)生了轉(zhuǎn)化，并與層間NO-2-3及CO3協(xié)同分配以達(dá)到平衡層板層間電荷密度差的目的。因此，通過重金屬?gòu)U水內(nèi)源匹配調(diào)控，可以獲得具有特定過渡金屬種類、層板結(jié)構(gòu)和層間離子排布的LDH沉淀產(chǎn)物。 (3) LDH類電鍍污泥可以制備納米順磁性鐵氧體及污泥衍生催化劑從內(nèi)源匹配調(diào)控形成的過渡金屬電鍍污泥中含LDH結(jié)構(gòu)的特征出發(fā)，研究了利用LDH類電鍍污泥制備污泥衍生催化劑路徑。結(jié)果表明：NiZnCr-Fe(CN)4-6-LDH結(jié)構(gòu)通過500oC以上溫度活化后轉(zhuǎn)化為具有(NiZn)Fe2O4相的過渡金屬氧化物；內(nèi)源匹配調(diào)控形成的含NiZnCr-Fe(CN)4-6-LDH結(jié)構(gòu)的電鍍污泥，通過控制700oC熱轉(zhuǎn)化溫度可以制備具有納米順磁性的(NiZn)Fe2O4相鐵氧體，其顆粒大小為10~25nm，飽和磁導(dǎo)率為0.3~40emu/g；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，污泥熱解產(chǎn)物中還具有2~7%C，以及Si、Ti、Zr等微含量元素。因此，LDH類電鍍污泥的熱解活化處理，實(shí)現(xiàn)了污泥向高附加值復(fù)合過渡金屬氧化物負(fù)載碳結(jié)構(gòu)材料的轉(zhuǎn)變，具有環(huán)境催化應(yīng)用的前景。 (4)電鍍污泥衍生催化劑對(duì)NO污染氣體的高效SCR分解從電鍍廢水沉淀污泥過渡金屬及有機(jī)物復(fù)雜共存的特點(diǎn)出發(fā)，以過渡金屬污泥衍生材料催化分解NOx為目標(biāo)，研究了污泥衍生NiFe催化劑對(duì)一氧化氮(NO)的分解行為。探索了反應(yīng)溫度、空速、碳含量及微觀過渡金屬負(fù)載碳結(jié)構(gòu)對(duì)NO分解的影響，重點(diǎn)對(duì)比了NO及催化劑反應(yīng)前后的組分變化特征。研究發(fā)現(xiàn)在300oC的低溫下，污泥衍生NiFe催化劑能夠完全去除1000ppm NO，并產(chǎn)生N2及CO2氣體。同時(shí)，污泥衍生催化劑可以在300至750oC范圍內(nèi)高效、穩(wěn)定地去除NO，催化量可達(dá)3mmol/g。微觀結(jié)構(gòu)分析表明催化劑以NiFe金屬均勻分布并負(fù)載碳為特征。機(jī)理研究表明催化劑結(jié)構(gòu)中的NiFe合金對(duì)同結(jié)構(gòu)中的C與NO的反應(yīng)具有催化作用，使得NO還原分解，整個(gè)過程是一種典型的選擇性催化還原過程(SCR)。 (5)電鍍污泥衍生催化劑對(duì)SF6溫室氣體的高效去除六氟化硫(SF6)是一種典型的溫室氣體，其催化分解鮮見報(bào)道，從電鍍污泥資源化利用視角出發(fā)，研究了電鍍污泥衍生CrCuFe催化劑對(duì)SF6的催化分解行為。結(jié)果表明催化劑在600oC時(shí)可以高效去除SF6，并達(dá)到1.10mmol/g的去除量。SF6分解產(chǎn)生的氣體主要包括可以通過堿液吸收的SO2以及SiF4，并不會(huì)產(chǎn)生SOF4、SO2F2或SF4等有毒氣體。機(jī)理研究表明催化劑結(jié)構(gòu)中的CrCuFe混合氧化物對(duì)同結(jié)構(gòu)中的SiO2與SF6的反應(yīng)具有催化作用，使得SF6還原分解。為了驗(yàn)證反應(yīng)機(jī)理中混合過渡金屬氧化物的催化性能，研究工作選取鈣鐵礦相為主的不銹鋼渣(SSS)應(yīng)用于分解SF6，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SSS在600oC下對(duì)SF6的去除量為0.14mmol/g。其作用機(jī)理同電鍍污泥衍生催化劑一致，SSS通過過渡金屬CaFeMgMn組分達(dá)到了催化分解SF6的作用。
【學(xué)位單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X781.1
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
縮略詞語
目錄
圖形清單
表格清單
第一章 緒論
    1.1 電鍍廢水及主要處理方法
        1.1.1 電鍍廢水及其主要特征
        1.1.2 電鍍廢水的化學(xué)中和沉淀凈化與問題
        1.1.3 利用電鍍廢水制備組分可控、結(jié)構(gòu)可調(diào)污泥衍生氣相催化劑的設(shè)想
x及其主要治理技術(shù)'>    1.2 典型大氣污染物 NO_x及其主要治理技術(shù)
x治理的需求'>        1.2.1 典型大氣污染物 NO_x治理的需求
        1.2.2 國(guó)內(nèi)外 NO-SCR 技術(shù)的發(fā)展
6污染及其主要治理技術(shù)'>    1.3 典型溫室氣體 SF₆污染及其主要治理技術(shù)
6治理的需求'>        1.3.1 典型溫室氣體 SF₆治理的需求
6治理技術(shù)的發(fā)展'>        1.3.2 國(guó)內(nèi)外 SF₆治理技術(shù)的發(fā)展
    1.4 電鍍廢水制備組分可控、結(jié)構(gòu)可調(diào)污泥衍生氣相催化劑的科學(xué)基礎(chǔ)
        1.4.1 LDH的結(jié)構(gòu)特征及其性質(zhì)
        1.4.2 電鍍廢水內(nèi)源組分匹配和原位調(diào)控 LDH形成的技術(shù)可行性
        1.4.3 污泥產(chǎn)物衍生催化劑分解環(huán)境污染氣體的技術(shù)可行性
    1.5 研究?jī)?nèi)容、目的及創(chuàng)新點(diǎn)
    1.6 技術(shù)路線
第二章 實(shí)驗(yàn)材料、研究?jī)?nèi)容及表征方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
        2.1.3 實(shí)驗(yàn)氣體
        2.1.4 氣體分解裝置
    2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
        2.2.1 吸附劑投加法（AAS）處理電鍍廢水
        2.2.2 外源組分控制法（ADS）處理電鍍廢水
        2.2.3 內(nèi)源組分匹配的原位調(diào)控法（EWM）凈化電鍍廢水
        2.2.4 按需調(diào)控 LDH層板結(jié)構(gòu)
        2.2.5 按需調(diào)控 LDH層間結(jié)構(gòu)
        2.2.6 LDH結(jié)構(gòu)的分解過程
        2.2.7 LDH類電鍍污泥制備鐵氧體
        2.2.8 電鍍污泥衍生催化劑對(duì) NO的分解性能
6的分解性能'>        2.2.9 電鍍污泥衍生催化劑對(duì) SF₆的分解性能
    2.3 表征方法
        2.3.1 液相表征法
        2.3.2 固相表征法
        2.3.3 氣相表征法
        2.3.4 計(jì)算分析方法
第三章 電鍍廢水內(nèi)源組分匹配的 LDH原位形成調(diào)控
    3.1 吸附劑投加法與外源組分調(diào)控法處理電鍍廢水
4
2-廢水'>        3.1.1 單處理 CrO_{4
2-廢水
4
2-及 Zn2+混合廢水'>        3.1.2 共處理 CrO4
2-及 Zn2+混合廢水
        3.1.3 作用機(jī)制比較
    3.2 外源組分控制法處理實(shí)際廢水
    3.3 內(nèi)源組分匹配形成調(diào)控法處理實(shí)際電鍍廢水
    3.4 LDH層板組分按需設(shè)計(jì)
        3.4.1 LDH結(jié)構(gòu)中陽(yáng)離子排布特征的解析
        3.4.2 LDH結(jié)構(gòu)中層板金屬元素有序排布特征的解析
        3.4.3 多元 LDH結(jié)構(gòu)中羥基組分有序排布特征的解析
    3.5 LDH層間組分按需設(shè)計(jì)
        3.5.1 LDH層間陰離子分配特征的解析
        3.5.2 LDH層間分配與層板金屬比例關(guān)系
        3.5.3 層板金屬比例影響層間分配的機(jī)理
        3.5.4 LDH層間分配作用過程解析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 電鍍污泥衍生催化劑的制備
    4.1 LDH制備混合氧化物
        4.1.1 LDH層板羥基分解特征解析
        4.1.2 典型過渡金屬-羥基熱分解特征溫度比較
        4.1.3 焙燒溫度對(duì) LDH 衍生氧化物結(jié)構(gòu)性能的影響
    4.2 LDH類電鍍污泥制備鐵氧體
    4.3 LDH熱分解產(chǎn)物復(fù)合過渡金屬氧化物的特征與環(huán)境催化應(yīng)用可行性
    4.4 電鍍污泥衍生催化劑的制備
    4.5 本章小結(jié)
第五章 電鍍污泥對(duì)氮氧化物（NO）污染物的分解行為
    5.1 溫度對(duì)污泥衍生催化劑分解 NO的影響
    5.2 NO SACA與碳含量的關(guān)系
    5.3 NO及污泥反應(yīng)前后特征
    5.4 電鍍污泥衍生催化劑分解 NO機(jī)理
    5.5 本章小結(jié)
6）污染物的分解行為'>第六章 電鍍污泥對(duì)六氟化硫（SF6）污染物的分解行為
6}催化分解的影響'>    6.1 反應(yīng)溫度及污泥粒徑對(duì) SF₆催化分解的影響
6濃度下的催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)'>    6.2 不同污泥填料量及 SF₆濃度下的催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
    6.3 反應(yīng)前后催化劑固相及氣相組分變化
    6.4 外源添加組分及氧氣的影響
    6.5 催化反應(yīng)過程及機(jī)理
    6.6 催化反應(yīng)原理驗(yàn)證
        6.6.1 反應(yīng)溫度及顆粒大小的影響
        6.6.2 水、氧氣、氧化鐵及氧化鈣的影響
        6.6.3 固相反應(yīng)前后特征
6的反應(yīng)機(jī)理'>        6.6.4 不銹鋼渣與 SF₆的反應(yīng)機(jī)理
    6.7 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 主要結(jié)論
    7.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
就讀博士學(xué)位期間所獲得成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2868390