多元摻雜納米改性催化臭氧化去除水中有機物的研究

《多元摻雜納米改性催化臭氧化去除水中有機物的研究》是依託哈爾濱工業大學，由趙雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多元摻雜納米改性催化臭氧化去除水中有機物的研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙雷

項目摘要

非均相催化臭氧化是提高水中微污染有機物礦化的一種非常重要的方法。本課題使用溶膠-凝膠、水熱和濕化學等方法製備同種金屬的不同納米形態的催化劑，在相同實驗條件下通過催化臭氧化對水中硝基苯的降解效能來篩選催化劑；再以多孔整體堇青石為基體，將篩選出的催化組分和劑型使用多元摻雜納米改性的方法對其進行修飾，重點研究多元摻雜納米改性催化臭氧化去除水中有機物的降解特性和催化機理；並且兼顧其實用性，在單組分和多組分模擬物系的基礎上，考察該技術對松花江實際污染水系中有機物的去除效能。實現了不同納米催化形態的活性評價，達到研發高效催化劑的目標，解決了非均相催化劑有效成分溶出和連續運行的問題，論證臭氧在非均相催化劑表面的遷移轉化規律，揭示非均相表面對臭氧氧化的強化機制，初步完成了實用性研究。結果將促使非均相催化臭氧化形成較為系統的理論，對認識和利用催化臭氧化現象具有理論指導意義，為中試和生產實踐提供運行參數。

結題摘要

隨著工業的迅猛發展和人類物質生活水平的提高，水環境污染已是普遍存在的問題，飲用水的衛生和安全也受到越來越多的關注。然而，城市給水常規處理工藝對於近年來微污染水源水中出現的一些有機污染物的處理能力有限，很難將其徹底降解。使用非均相催化劑來提高臭氧氧化能力的高級氧化技術，因其工藝簡單、易於回收處理、水處理成本較低、活性高等優點，得到了研究者的普遍重視。 本研究針對給水處理領域，使用非均相催化臭氧化工藝強化水中有機物的去除。 本課題使用溶膠-凝膠、水熱和濕化學等方法製備同種金屬的不同納米形態的催化劑，在相同實驗條件下通過催化臭氧化對水中硝基苯的降解效能來篩選催化劑；再以多孔整體堇青石為基體，將篩選出的催化組分和劑型使用多元摻雜納米改性的方法對其進行修飾，重點研究多元摻雜納米改性催化臭氧化去除水中有機物的降解特性和催化機理；並且兼顧其實用性，在單組分和多組分模擬物系的基礎上，考察該技術對松花江實際污染水系中有機物的去除效能。 研究發現，與單一組分的催化成分相比，多元組分摻雜改性工藝可以明顯提高堇青石的催化臭氧化效能。且母液濃度比，浸漬次數和燒結溫度等因素對催化效能影響顯著。多元摻雜納米改性催化臭氧化對水中有機物的去除在不同的體系溫度、催化劑用量、臭氧投加工藝、pH值等條件下均表現了不同的降解特性。多元摻雜改性工藝提高了催化劑表面羥基的密度，加速了臭氧分解，增強了臭氧傳質，促進了體系中新生活性物種的生成，加速了目標物的降解和礦化。催化表面的強化引發效應和均相與非均相反應之間的協同效應加速了•OH引發，從而提高了水中硝基苯的降解效能。2,4-D、二苯甲酮和甲草胺三種內分泌干擾物分別進行單組分擴增降解物系的研究結果說明，在混合體系中，各有機污染物之間彼此存在相互促進和協同作用。 實現了不同納米催化形態的活性評價，達到研發高效催化劑的目標，解決了非均相催化劑有效成分溶出和連續運行的問題，論證臭氧在非均相催化劑表面的遷移轉化規律，揭示非均相表面對臭氧氧化的強化機制，初步完成了實用性研究。結果將促使非均相催化臭氧化形成較為系統的理論，對認識和利用催化臭氧化現象具有理論指導意義，為中試和生產實踐提供運行參數。