高效的臭氧催化體系在煤化工高鹽廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

 

        針對煤化工高鹽廢水中有機物難降解問題，采用浸漬-煅燒法制備了負(fù)載有活性金屬氧化物的活性氧化鋁型催化劑，探索催化劑的制備工藝和反應(yīng)操作條件對廢水COD 去除率的影響。結(jié)果表明：活性氧化鋁載體催化性能優(yōu)于陶粒，活性氧化鋁負(fù)載Cu、Mn、Ni 的催化活性較高，將2 種活性組分進行組合制得的MnOx-NiOx/γ-Al2O3 催化劑， 在經(jīng)過60 min 的臭氧催化氧化后， COD 的去除率可達(dá)51.3%； 利用BET、SEM-EDS、XRD 對催化劑進行了表征和分析，Mn、Ni 成功負(fù)載到活性氧化鋁表面和孔隙內(nèi)，2 種元素負(fù)載量摩爾比約為2∶1，且主要以氧化物形式存在；通過計算臭氧利用效率，發(fā)現(xiàn)MnOx-NiOx/γ-Al2O3 臭氧催化氧化的η 值低于單獨的臭氧氧化，這意味著通過MnOx-NiOx/γ-Al2O3 催化劑可以有效地將臭氧分解成活性氧；通過優(yōu)化臭氧和催化劑投加量后發(fā)現(xiàn)，在臭氧為350 mg·(L·h)−1、催化劑投加量為100 g·L−1 廢水中，反應(yīng)180 min 后，COD 去除率可達(dá)到72.3%；在連續(xù)進行4 h 的臭氧催化氧化實驗后，MnOx-NiOx/γ-Al2O3 穩(wěn)定性和重復(fù)利用性均較好，COD 去除率能維持在約42%，錳、鎳離子的溶出量均小于0.5 mg·L−1。以上研究結(jié)果可為高效的臭氧催化體系在煤化工高鹽廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

左圖:在單獨氧化和臭氧催化氧化體系中臭氧消耗量/COD 去除量的變化

       近年來，難降解有機污染物的降解問題引起了人們的廣泛關(guān)注，因為它們對自然環(huán)境和人類健康造成了極大的危害。特別是，煤化工生產(chǎn)過程產(chǎn)生的高濃度鹽水中含有大量的難降解的有機物(如PAHs、雜環(huán)化合物等)，這些物質(zhì)通常具有復(fù)雜的芳族分子結(jié)構(gòu)，這使得它們更穩(wěn)定并且更難以降解。如果不加以處理，這些有害物質(zhì)會引起某些健康危害和環(huán)境污染。雖然傳統(tǒng)的處理技術(shù)，如物理吸附，化學(xué)氧化和生物方法，已經(jīng)研究從廢水中去除難降解有機物，但許多問題仍然是不可避免的，如二次污染 和伴隨污染物的生物降解延遲。高級氧化過程(AOPs)，定義為利用羥基(·OH) 進行氧化的那些技術(shù)，在過去幾十年中，這些技術(shù)在廢水處理技術(shù)的研究中受到越來越多的關(guān)注。這些過程(如光催化氧化，芬頓化學(xué)和臭氧催化氧化) 已成功應(yīng)用于去除或降解頑固污染物，或用作預(yù)處理將污染物轉(zhuǎn)化為短鏈化合物，然后再通過常規(guī)或生物方法處理。其中之一的經(jīng)典方法是非均相臭氧催化氧化工藝，它利用不溶性催化劑對有機污染物進行氧化還原和礦化，臭氧催化氧化因其效率高、操作簡單而被認(rèn)為是種很有前途的工藝。這一過程的關(guān)鍵因素是制備有效的非均相催化劑，因此，須進一步探索研究，以找出廉價、高效和穩(wěn)定的非均相催化劑，在催化臭氧氧化中高效降解有機物污染物。

 

       因此，本研究采用浸漬-煅燒法制備了負(fù)載活性金屬氧化物的活性氧化鋁型催化劑，以煤化工高濃鹽水為目標(biāo)污染物，探索催化劑的制備工藝和反應(yīng)操作條件對高鹽廢水COD 去除率的影響，為高效的臭氧催化體系的開發(fā)及其在煤化工高鹽廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

 

 結(jié)論

1) 活性氧化鋁載體催化性能優(yōu)于陶粒，活性氧化鋁負(fù)載Cu、Mn、Ni 的催化活性較高，將活性組分進行組合制得的MnOx-NiOx/γ-Al2O3催化劑， 60 min 的臭氧催化氧化能有效去除51.3% 的COD。

2) 利用BET、SEM-EDS、XRD 對催化劑進行表征和分析。結(jié)果表明，Mn、Ni 成功負(fù)載到活性氧化鋁表面和孔隙內(nèi)，2 種元素負(fù)載量摩爾比約為2∶1，且主要以氧化物形式存在。

3) 通過計算臭氧利用效率發(fā)現(xiàn)，MnOx-NiOx/γ-Al2O3 臭氧催化氧化的臭氧利用效率低于單獨的臭氧氧化，這意味著通過MnOx-NiOx/γ-Al2O3 催化劑可以有效地將臭氧分解成活性氧。

4) 通過優(yōu)化臭氧投加量和催化劑投加量發(fā)現(xiàn)，催化劑投加量為100 g·L−1 廢水，臭氧投加量為350 mg·(L·h)−1 時，反應(yīng)180 min 后COD 去除率能達(dá)到72.3%。

5) 連續(xù)進行4 h 的臭氧催化氧化實驗后發(fā)現(xiàn)，MnOx-NiOx/γ-Al2O3 穩(wěn)定性和重復(fù)利用性較好，COD 去除率能維持在42% 左右不變，錳、鎳離子的溶出量均小于0.5 mg·L−1。