论文部分内容阅读
本研究首先对低温下制备的载铜及载镍活性炭催化剂(Cu/AC和Ni/AC)进行多种形式的表征,其次研究了Cu/AC和Ni/AC在催化臭氧化中对苯酚和草酸的降解效果。考察了催化剂投加量、初始溶液pH值、叔丁醇浓度、催化剂循环使用对催化臭氧化反应的影响,进而对非均相催化臭氧化苯酚和草酸降解性能和反应机理展开了初步研究。运用动力学理论对Cu/AC和Ni/AC催化臭氧化进行反应动力学研究,结合试验数据展开了两种催化剂催化臭氧化的对比研究。Cu/AC和Ni/AC的XRD、SEM、BET及AAS表征结果显示:Cu/AC和Ni/AC中铜和镍几乎完全分别以CuO和NiO的棒状形式存于催化剂表面,且催化剂表面形貌发生了显著变化。与AC相比,Cu/AC的比表面积、微孔表面积及微孔体积分别减少了50.7%、62.9%、62.4%;Ni/AC则分别减少了47.9%、60.6%、60.7%,催化剂的平均孔径比AC略有增大。在O3/Cu/AC和O3/Ni/AC氧化系统中,苯酚和草酸去除效果与催化剂投加量呈正相关关系,这主要是由于催化剂投加量的增多,引起臭氧分解成HO·的效率和产量提高,最终增强了系统氧化能力;碱性条件下苯酚和草酸去除率明显高于酸性范围,这主要是由于臭氧的分解强烈受到溶液pH值的影响,它在碱性条件下主要分解生成HO·。叔丁醇试验表明O3和O3/AC过程主要是分子臭氧和活性炭吸附,O3/Cu/AC和O3/Ni/AC对苯酚和草酸的降解反应遵循HO·机理,催化剂促进臭氧分解成一定量的HO·。活性炭表面的碱性基团和弱碱性的金属氧化物使得催化臭氧化反应最终pH值比臭氧氧化略高。催化臭氧化过程中Cu2+和Ni2+析出浓度很小且析出率不到0.5%,这表明Cu/AC和Ni/AC在反应中稳定性较高且易于回收利用,反应为非均相催化臭氧化反应。反应动力学及叔丁醇试验结果表明,O3/Cu/AC比O3/Ni/AC反应速率常数小,Ni/AC促进臭氧分解产生的HO·比Cu/AC略多。催化作用的差别主要是单位质量的Ni/AC中金属负载量比Cu/AC多0.56mol·L-1,Ni/AC比表面积比Cu/AC大5%。O3/Ni/AC体系中反应活性中心增多,且Ni/AC与臭氧接触面积增大,碰撞机会增多,臭氧分解成HO·的生成量增大。