室温芬顿试剂高级氧化技术条件选择及效果评价研究

论文摘要

人类活动的不断增加、环境资源的不断改变,导致各类排放污水的复杂性不断增加,废水对环境所造成的影响也日益严重,与当前提倡的节能减排,建设资源节约型、环境友好型的人与自然和谐发展的社会理念相悖。Fenton试剂作为具有独特优势的一种高级氧化技术,近年来成为环境科学与工程领域的研究热点,也广泛地应用于各类废水处理实践中。但在实际的工程实践中,芬顿试剂的链反应的进行受到一系列因素的影响,导致存在着建设和运行成本较高或处理效率低等问题。因此系统分析这些影响因素及影响程度的大小,对芬顿试剂在工程实践中的应用有着重要的指导意义。Fenton法处理含有羟基有机化合物的废水时存在明显的选择性。羟基取代基类型、羟基数量、羟基取代位置、主链链长及主链的饱和度对Fenton法处理效果均存在不同程度的影响。实验结果表明:一元酚羟基对Fenton反应有着促进作用,而一元醇羟基对其有强烈的抑制作用;当碳原子数相同而羟基数不同时,随羟基数量的增加其对Fenton反应的影响逐渐下降;饱和一元醇主链碳原子个数越多,则其对Fenton反应的抑制作用越明显;主链的不饱和度对Fenton反应的影响也是不同的,脂肪族不饱和羟基化合物的Fenton法处理效果很差,而对苯环类羟基化合物有着很好的氧化处理效果;链长与醇羟基个数都不同时,随主链的增长和羟基数量的增加,其对Fenton反应的抑制作用随之下降,表现出良好的氧化降解效果。影响Fenton反应过程H2O2分解及其有效利用率的因素有很多,其中[Fe2+]要求控制在3mmol/L以上。酚类体系H2O2的有效利用率不仅受H2O2浓度变化的影响,且受初始CODCr的影响。一般表现为随CODCr的增加,H2O2有效利用率迅速增加,当初始CODCr一定时,H2O2浓度在600和1800mg/L时,一元酚与二元酚体系的H2O2有效利用率均出现了两个峰值,前者的峰值分别为11.83和12.99gCODCr/gH2O2,后者的峰值分别为9.01和11.95gCODCr/gH2O2。而醇类体系H2O2的有效利用率受H2O2浓度的影响较大,但与初始CODCr的关系不明显。当H2O2浓度低于300mg/L时,乙醇比对照体系H2O2的分解率高1-3%,而有效利用率仅为0.6gCODCr/gH2O2;随H2O2用量的继续增加,其有效利用率趋于0gCODCr/gH2O2。而二元醇体系H2O2有效利用率与其浓度间呈“倒U”型规律,H2O2低于300mg/L时,其有效利用率仅为1.25gCODCr/gH2O2;H2O2浓度在300-900mg/L之间时,其有效利用率可达8.96gCODCr/gH2O2;其后随着H2O2的增加,有效利用率迅速下降到与乙醇体系相当。在混合体系中,醇羟基和酚羟基所占比例对H2O2有效利用率也有显著的影响,当乙醇比例小于60%时,H2O2有效利用率稳定在13.0gCODCr/gH2O2;随乙醇比例的增加,其对H2O2的分解抑制效应表现出剂量依赖关系,H2O2有效利用率也逐渐下降到近于0gCODCr/gH2O2,说明这部分H2O2并没有得以有效地分解用于氧化废水中的CODCr,这在工程实践中应引起高度的重视。芬顿氧化技术的选择性体现在不同体系中羟基自由基的不同产生量上。亚甲基蓝分光光度法测得的ΔA可直接反映出不同体系中产生的不同羟基自由基的量,而ΔA越大,羟基的生成量越大。氧化效果差的一元饱和醇（乙醇体系中）,相同实验条件下其ΔA乙醇仅为0.020,远远小于ΔA丙三醇（1.000）、ΔA聚乙烯醇（1.190）及ΔA苯酚（1.200）,ΔA丙三醇又稍小于ΔA聚乙烯醇及ΔA苯酚,因此我们可以明确判断出乙醇对羟基生成的抑制作用,亚甲基蓝分光光度法测定不同体系中的羟基自由基产生量可用来直接判断底物对芬顿试剂的抑制效应及抑制程度。脉冲式加温对室温下芬顿试剂的氧化效果有着促进作用,且加热频率越大,效果越明显。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 难降解废水与高级氧化技术
• 1.1.1 难降解废水、特点及其分类
• 1.1.2 高级氧化技术及其特点
• 1.1.3 高级氧化技术的分类及应用
• 1.2 芬顿试剂氧化技术
• 1.2.1 芬顿试剂氧化技术的原理
• 1.2.2 芬顿试剂氧化技术的优缺点
• 1.2.3 芬顿试剂氧化技术在废水处理中的应用
• 1.3 影响芬顿试剂氧化效果的主要因素
• 1.3.1 底物
• 1.3.2 温度
• 1.3.3 光
• 1.3.4 超声波与微波
• 1.3.5 一些特殊的阴阳离子
• 2+的影响'>1.3.5.1 Mn²⁺的影响
• 1.3.5.2 无机阴离子的影响
• 1.3.6 电
• 1.4 课题研究的目的和内容
• 1.4.1 课题研究的目的
• 1.4.2 课题研究的内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 反应体系中双氧水测定方法的建立
• 2.2 芬顿技术与高锰酸钾技术氧化实验的比较
• 2.2.1 芬顿技术的氧化实验
• 2.2.2 高锰酸钾的氧化实验
• 2.3 不同种类底物的芬顿试剂氧化实验方法
• 2.3.1 不同的羟基化合物模拟废水的配置与氧化实验
• 2.3.2 不同的羟基化合物的芬顿氧化反应双氧水利用率研究
• 2.4 羟基生成数量的对比研究
• 2.5 醇类羟基化合物芬顿试剂氧化机理的分析
• 2.6 脉冲式加温对芬顿试剂氧化效果的影响实验
• 2.6.1 持续加温
• 2.6.2 脉冲式加温
• 2.7 测定指标及分析方法
• 2.8 实验仪器与试剂
• 2.8.1 实验仪器
• 2.8.2 试剂
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 氧化体系中双氧水的测定
• 3.2 芬顿试剂与高锰酸钾氧化效果对比
• 3.2.1 高锰酸钾的氧化效果
• 3.2.2 芬顿试剂技术的氧化效果
• 3.3 不同种类底物的芬顿试剂氧化效果对比
• 3.3.1 不同的羟基化合物模拟废水的芬顿试剂氧化效果
• 3.3.1.1 一元醇和一元酚对Fenton 法的影响
• 3.3.1.2 不同链长的一元饱和醇对Fenton 法的影响
• 3.3.1.3 羟基数量对Fenton 反应的影响
• 3.3.1.4 不饱和羟基化合物对Fenton 法的影响
• 3.3.1.5 不同链长与羟基数的羟基化合物对Fenton 法的影响
• 3.3.2 不同的羟基化合物的芬顿氧化反应双氧水利用率研究
• 2+用量的确定'>3.3.2.1 Fenton 反应Fe²⁺用量的确定
• 2O₂浓度对其有效利用率的影响'>3.3.2.2 H₂O₂浓度对其有效利用率的影响
• Cr对H₂O₂有效利用率的影响'>3.3.2.3 初始COD_Cr对H₂O₂有效利用率的影响
• 2O₂利用率的影响'>3.3.2.4 醇羟基和酚羟基的比例对H₂O₂利用率的影响
• 3.4 不同底物中羟基生成量的对比研究
• 3.5 醇类羟基化合物芬顿氧化机理的分析
• 3.6 加温方式对芬顿氧化效果的影响
• 3.6.1 持续加温的效果影响
• 3.6.2 脉冲式加温的效果影响
• 第四章 结论
• 第五章 展望
• 参考文献
• 公开发表论文
• 致谢