活性炭的改性及其吸附-催化氧化苯酚性能

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近年来,随着钢铁、炼油、石化、塑料、合成纤维、医药等工业的发展,工业排放废水中酚类化合物的种类与数量日益增加。由于酚类物质毒性大,具有致癌、致畸、致突变的潜在毒性,越来越受到环境工作者的重视。因此,研究含酚废水的高效处理技术,对保护人类的生活环境有极为重要的意义。 在众多水处理技术中,活性炭吸附技术是目前处理城市饮用水和工业废水最为有效的方法之一,但是饱和的活性炭存在再生困难及再生过程中容易造成二次污染等问题。因此,制备具有高吸附性能、易再生的活性炭吸附剂具有重要的理论和现实意义。 本文研究了采用普通浸渍法和超声技术制备Fe(Ⅲ)活性炭和Cu(Ⅱ)活性炭,用静态吸附法测定了苯酚在改性活性炭上的吸附相平衡,对活性炭进行了表征,测定了活性炭表面官能团含量和活性炭的零电荷点,讨论了改性活性炭的结构和表面化学性质对其吸附苯酚性能的影响。结果表明:苯酚在活性炭上的吸附符合Langmuir吸附模型,活性炭表面酸性官能团百分含量越低,活性炭对苯酚的平衡吸附容量就越高。通过对 Freundlich吸附模型中参数K<,F>与表面羧基含量的线性拟合,发现苯酚在活性炭表面除了物理吸附外,还存在由酯化作用引起的化学吸附。这是本文的创新点之一。 本文研究了分别使用普通浸渍法和超声浸渍法制备的Fe(Ⅲ)活性炭和Cu(Ⅱ)活性炭作为催化剂,通过非均相Fenton反应催化氧化降解苯酚的性能,讨论各种因素对非均相Fenton反应催化氧化降解苯酚的影响,确定了催化氧化降解苯酚的最佳反应条件。研究表明:超声浸渍法制备的Fe(Ⅲ)活性炭和Cu(Ⅱ)活性炭表面上活性组分的晶体颗粒很小且分布非常均匀,使得其催化氧化降解苯酚的性能明显高于普通浸渍法制备的活性炭。 本文研究了改性活性炭固定床吸附苯酚和催化氧化再生活性炭,考察了苯酚进料浓度、流体流速及温度对活性炭吸附性能及活性炭再生率的影响。结果表明:进料浓度越低,进料速度越高,吸附温度越高,两种改性活性炭吸附床的再生率就越高。超声浸渍法制备的Fe(Ⅲ)活性炭和Cu(Ⅱ)活性炭经反复再生三次后,Fe(Ⅲ)活性炭的再生率可达到85%,Cu(Ⅱ)活性炭的再生率可达到88%。研究还发现,使用催化氧化法再生活性炭,使得经再生后的Fe(Ⅲ)活性炭和Cu(Ⅱ)活性炭其表面酸性明显增加,而碱性明显减少,从而导致其对苯酚的平衡吸附量有所减少。这是本文的创新点之一。
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