活性炭/HSO5-联合体系降解水中AO7及活性炭的可重复利用机理研究

作     者：邵雪停 

作者单位：中国海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨世迎

授予年度：2012年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：活性炭 过一硫酸盐 原位再生 酸改性 活性炭纤维 

摘      要：高级氧化技术被广泛的应用到降解污染物的领域中来。基于过一硫酸盐(HSO, PMS)的高级氧化技术具有降解能力强、操作简单、无二次污染、无污泥产生等优点。因此该技术成为新兴的研究热点。 常用的PMS的活化方法包括紫外法和过渡金属法，但都有自身的局限性。进一步丰富PMS激活方法成为研究的迫切要求。本文主要是采用活性炭(GAC)作为催化剂来催化PMS降解偶氮染料金橙II(AO7)。从GAC/PMS联合体系对AO7的降解、GAC的循环再生机理、AO7的降解机理、酸改性GAC催化PMS几个角度对GAC/PMS这一新技术进行了深入的探讨。具体研究内容如下： (1)在GAC/PMS联合体系中，GAC是良好的PMS催化剂，可与PMS之间产生明显的协同作用。从而使得GAC/PMS联合体系相对于GAC单独吸附体系以及PMS单独氧化体系可更好的降解AO7。在联合体系中，当PMS和AO7的摩尔比为100:1，GAC用量为1g/L时，5小时内AO7的脱色率率可达85%。AO7的脱色率随GAC和PMS的使用量以及反应温度的升高而增大。AO7降解反应符合一级动力学模型。由热力学研究可知，反应的表面活化能较低，其数值为25.13kJ/mol。 (2)GAC的再生问题一直是GAC应用的关键问题，对GAC进行再生，延长GAC的使用寿命具有很好的意义。因此，本文深入探讨了GAC的再生机理。GAC的重复使用实验以及饱和GAC催化PMS实验证明：GAC重复使用四次后没有明显的失活，该体系中GAC具有原位再生能力。且PMS的使用量越大，GAC的再生能力越好。降解反应进行的过程中， PMS可氧化GAC的表面，使得GAC的吸附能力减弱，而催化能力增强。实验发现，只有GAC的催化能力得到了再生，而吸附能力并没有得到再生。当几乎GAC失去吸附能力时，仍能催化PMS分解。连续实验表明，连续运行十天后，GAC的催化活性没有明显的降低，GAC的使用寿命较长。 (3)为提高活性炭的吸附催化能力，常常采用多种方式对GAC进行前处理。而在诸多的处理方法中，酸处理是最简单有效的方法，本文在酸改性实验中，主要是采用了不同浓度的硝酸、磷酸、盐酸和硫酸对GAC进行了前处理。同时还研究了经过酸处理后的GAC促进PMS分解的情况以及再生利用情况。实验发现，由于硝酸和硫酸具有氧化性，经过硝酸和硫酸处理的GAC相对经过磷酸和盐酸处理的GAC具有更好的催化和再生能力。处理酸的浓度同样对GAC/PMS中AO7的脱色率有着很大的影响，尤其是盐酸。 (4)本文又对椰壳活性炭和活性炭纤维(ACF)的催化能力进行了探讨。实验发现，椰壳活性炭和活性炭纤维都能催化PMS降解AO7。椰壳活性炭的催化降解能力与煤质柱状的活性炭相似，但是活性炭纤维表现出了极好的催化效果，在很少的ACF用量和PMS浓度下，在较短的时间内ACF/PMS体系即可将AO7完全脱色。ACF/PMS降解AO7的效果随着ACF的使用量、PMS的浓度以及反应温度的增大而增高。AO7降解反应属于一级动力学。由热力学分析可知，ACF/PMS降解AO7的活化能比较低，为9.207kJ/mol。ACF/PMS同样可降解高浓度的AO7溶液。ACF同样可以被循环利用。