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腈綸廢水的催化臭氧氧化法深度處置工藝

文章出處:未知發表時間:2021-12-02 13:58:52


 

 

圖片1 

 

  腈綸是指丙烯腈或聚丙烯腈含量超越85%(質量分數)的丙烯腈共聚物制成的合成纖維,因此有人造羊毛之稱,其制廢品具有質量輕、保暖性能良好、柔軟,抗日曬、防霉蛀和牢度高的特性。我國被稱為世界上最大的腈綸消費市場和腈綸消費基地,消費量約占世界的1/3。但由于在腈綸消費過程中以壬基酚聚氧乙烯醚、丙烯腈、二甲基甲酰胺、EDTA等為原料,目前處置腈綸廢水的主要辦法為傳統的生物、物理、化學法等,經過普通的預處置組合各種生化處置工藝后,目前大多數腈綸廢水并不能達標排放,因而成為了環保范疇公認的難題。臭氧具有僅比氟和羥基自在基低的氧化復原電位,為在臭氧氧化過程中產生更多的羥基自在基,需采取一系列措施,以到達去除廢水中難降解有機物、降解轉化有毒有害物質的目的。因而在工業廢水處中有著普遍的應用,催化臭氧氧化技術成為目前國內外的研討熱點。

 

  1、實驗局部

 

  1.1 儀器與試劑

 

  實驗所用儀器見表1

圖片11 

 

  實驗所用試劑見表2

 

圖片12 

  1.2 實驗辦法

 

  1.2.1 活性炭負載催化劑制備辦法

 

  (1)活性炭的活化處置:將50.0g活性炭參加到濃度為65%200mL的濃HNO3溶液中。在恒溫(90℃)下浸泡10h,然后用蒸餾水沖洗,至沖洗液的pH不變,然后烘干。

 

  (2)活性炭負載Ni(NO3)2的過程:取活化后的活性炭10.0g,參加到一定濃度的Ni(NO3)2溶液中浸漬,30min后過濾,置于烘箱內,在110℃直至烘干為止,制得活性炭負載鎳催化劑。

 

  1.2.2實驗設施

 

  實驗設施如圖1所示。

 

圖片13 

  整個設施分為三個局部:臭氧發作設施、臭氧反響器和尾氣吸收設施。臭氧是由氣泵抽空氣經臭氧發作器來制得的,生成的臭氧從反響器底部進入臭氧反響器,與反響器中的廢水、催化劑停止固液氣三相催化臭氧氧化反響。逸出的臭氧氣體經過反響器頂部的管路進入KI吸收液中,吸收多余的臭氧,防止了臭氧對環境的二次污染,同時消弭了平安隱患。處置完后的出水,從反響器頂部取出。

 

  1.2.3 實驗辦法

 

  反響器中放入200mL腈綸廢水,調理pH,參加一定量的催化劑,實驗開端前先翻開臭氧發作器預熱30min,提早10min翻開氣泵并開啟臭氧發作器,待臭氧濃度穩定后接入反響設施開端計時,反響一定時間后,取樣測定COD濃度。

 

  1.2.4 剖析辦法

 

  化學需氧量(COD):快速消解法,在消解罐中分別參加3mL水樣,1mL重鉻酸鉀,0.5mL硫酸硫酸汞,6mL硫酸硫酸銀,在145℃下消解30min,待其冷卻到室溫后,應用紫外分光光度計在440nm下丈量其吸光度,依據規范曲線得到COD值。

 

  2、結果與討論

 

  非均相催化臭氧氧化技術在廢水處置工程中受很多要素的影響,主要要素有廢水的機質濃度、溫度、臭氧的投加量、pH、催化劑投加量及反響器類型等。針對本次研討,處置對象為污水處置廠的出水,其出水水質相對來說比擬穩定,實驗在室溫下停止,因而不思索廢水的有機質濃度以及溫度的影響,探求活性炭負載鎳離子催化劑催化臭氧氧化深度處置腈綸廢水的影響要素。

 

  2.1 催化臭氧氧化時間的影響

 

  在臭氧效率35%,催化劑投加量1gpH=7.0的實驗條件下,反響時間分別為010203040506070min,分別丈量COD去除率。剖析結果如圖2所示。

 

圖片14 

  如圖2,催化臭氧氧化在短時間內COD去除率就有大幅度的進步10minCOD去除率已到達9.4%,之后逐步增大,30minCOD去除率為22.2%,然后隨著時間的推移,COD去除率增加減緩,40min后根本堅持不變,因而肯定最佳的反響時間為40min

 

  2.2 催化臭氧氧化中臭氧效率的影響

 

  恰當的臭氧效率不只能滿足工程技術上的請求,同時又能使經濟利益最大化。調查本要素時在反響時間40min,催化劑投加量1gpH=10.0,調理臭氧效率分別為25%30%35%40%45%50%55%,得到的結果如圖3所示。

 

圖片15 

  如圖3,隨著臭氧效率的逐步增大,COD去除率逐步增大,然后趨于穩定。當臭氧效率為25.0%時,COD去除率為53.3%,當臭氧效率為40%時,COD去除率增長趨向減緩,臭氧效率為45%時,COD去除率根本趨于穩定,為79.8%。主要緣由是由于催化劑是過量的,具有充足的活性點位,臭氧效率與混合氣中的臭氧分壓是呈正相關的。依據亨利定律,溶液中溶解的臭氧濃度也隨之增大,被催化劑催化的臭氧量也逐步增加,羥基自在基的生成數量更大,有機物的降解效果大大加強。因而COD去除效率越高,但隨著臭氧效率的逐步增高,水中溶解的臭氧量逐步增加到達飽和,此時水中的臭氧濃度不是限制反響的主要要素,所以繼續增加臭氧投加量對COD去除率的影響變化較小,因而,COD去除率趨于穩定。

 

  2.3 催化臭氧氧化中pH的影響

 

  實驗中原水的pH7.0,在反響時間40min,臭氧效率50%,催化劑投加量1.0g,室溫的實驗條件下,經過氫氧化鈉和鹽酸調理廢水的初始pH4.05.06.08.09.010.0,進而調查初始pH對非均相催化臭氧氧化效果的影響,結果如圖4所示。

 

圖片16 

  如圖4,當廢水初始pH為酸性時,催化臭氧氧化COD去除率較低且增長遲緩,當pH6.0時,COD去除率為69.60%,當廢水的pH由酸性變為堿性時,COD去除率具有十分明顯的變化,突變為79.80%。在酸性條件下,催化劑外表的活性組分會和酸反響,使催化劑的外表活性遭到毀壞,形成催化劑一定水平的失活。在中、堿性條件下,催化劑的催化機理為羥基自在基反響機理,反響主要以自在基氧化為主,催化劑在催化臭氧產生羥基自在基的過程中起到協同作用,反響體系催化臭氧合成產生大量的羥基自在基,使得COD去除率明顯升高。

 

  2.4 催化劑投加量的影響

 

  催化劑是負載型催化劑,金屬離子負載在活性炭上,參加催化劑的質量越多,各相的接觸面積越大,相同時間內參與反響的活性位點越多,反響速率被進步,但是參與反響的有機物是有限的,過多的催化劑會形成資源上的糜費,所以選擇適宜的催化劑投加量是節約本錢的重要途徑。因而在臭氧效率50%pH=10.0,分別投加00.51.01.52.0g3.04.0g催化劑,反響時間40min后分別丈量COD去除率,剖析結果如圖5

 

圖片177.jpg

 

  如圖5COD去除率隨著催化劑的投加量逐步增大,然后有細微的減少。當催化劑投加量由0.5g增加為2.0g后,COD去除率由44.8%增加為83.1%,當催化劑繼續投加增加到4.0g后,COD去除率減少為80.9%。主要緣由為隨著催化劑投加量的增加,通入的臭氧與催化劑的接觸面積增大,從而催化性能變好,處置效果更好。但隨著催化劑的逐步增加,催化劑堆積于底部,布氣系統變差,影響臭氧與催化劑的接觸,因而存在一個最佳的催化劑投加量,為2.0g

 

  2.5 催化臭氧氧化中催化劑壽命的研討

 

  為了在工藝中發揮最大的作用,也同時做到經濟利益最大化,本次實驗經過對催化劑的運用壽命停止了研討。

 

  從圖6中能夠看出:在催化劑反復運用6次后,對廢水中的COD去除率根本堅持不變,在催化臭氧氧化六次之后,COD去除率才有明顯的降落。

 

圖片18 

  標明本實驗所采用催化劑具有制備簡單,本錢低廉,高去除率,運用壽命長等優點,是一種適用、有效的催化劑,具有很好的工程實踐應用前景。

 

  3、結論

 

  (1)以活性炭為載體,采用浸漬法制備Ni/C催化劑,在臭氧氧化腈綸廢水技術中起到較好的催化促進作用。

 

  (2)在臭氧效率50%,催化劑投加量2gpH=10.0,催化臭氧氧化時間40min的實驗條件下,對腈綸廢水的處置效果最好,COD去除率為83.1%

 

  (3)非均相催化劑-活性炭負載鎳離子催化劑具有一定的運用壽命,是一種經濟適用催化劑。

 


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