催化氧化除氨/锰复合锰氧化物滤料制备参数条件优化研究

作     者：王和妍 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄廷林;王峰慧

授予年度：2023年

学科分类：081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0815[工学-水利工程] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：复合锰氧化物 催化氧化 除氨 除锰 微量元素 

摘      要：地下水氨、锰污染现象严重,会带来大量危害,国内黄廷林课题通过合成复合锰氧化物滤料,可有效去除地下水中的氨、锰。由于合成成熟滤料所需时间较长,在合成过程中会受到水质条件的影响,为加快形成具有催化氧化去除氨、锰作用的复合锰氧化物,以复合锰氧化物催化氧化去除地下水中的氨,锰为理论基础,探究复合锰氧化物成膜过程中氨对催化活性形成的影响,水中微量元素对人工强化负载滤料催化活性形成的影响以及高锰酸钾对人工强化负载滤料催化活性形成的影响。本文的主要研究成果如下:(1)探究了复合锰氧化物成膜过程中氨对催化活性形成的影响。在挂膜阶段不投加氨培养滤料,形成的复合锰氧化物催化氧化活性较弱。溶解氧条件充足且采用较高浓度氨挂膜,有利于复合锰氧化物表面形成大量孔隙,促使复合锰氧化物与氨结合,并通过在其表面增加能与氨结合的酸性位点,增强其催化氧化氨的活性。溶解氧是限制氨催化氧化的重要条件,高浓度的氨在低溶解氧条件下,大部分氧化成亚硝氮,而亚硝氮的累积会导致锰氧化物活性形成速率降低。(2)探究了水中微量元素对人工强化负载滤料催化活性形成的影响。分析水质指标和滤料特性的结果显示,添加微量元素能够提高滤柱的氨去除率。添加微量元素后,滤柱除氨最大负荷为3.5 mg/L,除锰最大负荷为3.0 mg/L;空白组除氨最大负荷为3.0 mg/L,除锰最大负荷为2.0 mg/L;在滤柱表面添加微量元素后,制备出的复合锰氧化物具有与传统合成方法相似的晶型和官能团,且表面出现大量相同元素同时无新元素的生成。(3)探究了高锰酸钾对人工强化负载滤料催化活性形成的影响。添加一定浓度高锰酸钾挂膜培养后,滤料催化氧化活性增强。前十天中,空白滤柱除氨能力稳定,但添加高锰酸钾后,加入高锰酸钾的滤柱去除氨的效率波动上升;运行后期,添加高锰酸钾滤柱除氨能力更强。两种滤料除锰能力都较强,空白滤柱除锰能力略小于添加高锰酸钾滤柱,添加高锰酸钾培养滤柱后,滤柱除氨最大负荷为2.5 mg/L,除锰最大负荷为3.0 mg/L。高锰酸钾加入后,形成的复合锰氧化物晶型与传统挂膜合成的相似,官能团含量相当;加入高锰酸钾挂膜后形成的复合锰氧化物表面元素种类未发生明显变化。