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随着工业的迅速发展,水污染成为一个越来越严重的问题。废水中的有机污染物的含量与种类越来越多,给人类的生存带来了严重的威胁。含酚废水的危害也越来越受到人们的关注。目前,处理含酚废水的方法很多,主要有物理法、化学法和生化法等。其中化学法的湿式催化氧化法因为其能彻底氧化含酚废水、反应条件温和、操作简单、成本低等优点而备受关注。非均相催化剂能够克服传统Fenton试剂法带来的二次污染、活性组分流失严重等问题,因此,如何制备一种高效稳定的非均相催化剂,并用于含酚废水的湿式催化氧化反应是一项具有重要意义的课题。本文选择铁系分子筛作为研究对象,系统地研究了Fe2O3/MCM-41分子筛颗粒和微纤复合分子筛膜催化剂Fe-ZSM-5/PSSF的制备、表征,并将其用于固定床反应器上含酚废水的湿式催化氧化反应。首先,研究了苯酚在Fe2O3/MCM-41分子筛颗粒催化剂上的固定床湿式催化氧化性能。采用浸渍法在商用MCM-41上合成了Fe2O3/MCM-41分子筛颗粒,通过XRD、N2吸/脱附和XPS等表征手段分析了Fe2O3/MCM-41分子筛的晶型、比表面积、孔体积以及铁元素价态等。其次,通过改变反应温度、床层高度、流速等因素对苯酚固定床湿式催化氧化性能的影响,考察了苯酚转化率、H2O2转化率、TOC转化率、Fe离子浸出浓度以及pH值的变化规律,并通过多次使用催化剂来研究Fe2O3/MCM-41分子筛催化剂的稳定性。最后,探讨了苯酚在固定床反应器上的反应机理。实验结果表明,铁主要以Fe2O3形式负载在MCM-41分子筛表面以及孔道内中。苯酚的转化率随着温度的升高、床层高度的增加以及流速的降低而升高,H2O2以及TOC转化率也呈现出相同的趋势。当苯酚浓度为1000 mg/L,H2O2浓度为5100 mg/L,反应温度为80℃,催化剂床层高度为4 cm,流速为2 mL/min时,苯酚的转化率为100%,H2O2以及TOC转化率分别为91%和72.5%,铁离子浸出浓度低于1 mg/L。催化剂在固定床反应器上使用4次(28 h)之后,苯酚的转化率仍然保持在98%以上,基本完全转化,H2O2的转化率从92.5%缓慢降低至84.7%,TOC的转化率从72.5%降低至59.9%,Fe离子浸出浓度一直低于1 mg/L,只有微量流失。在反应过程中,苯酚先发生羟基化反应,产生苯醌,邻二苯酚和对二苯酚等,这些芳烃类化合物又会进一步被氧化成小分子酸,比如甲酸,乙酸,马来酸,草酸等等,最终,这些小分子酸被氧化成CO2和H2O。同时,研究了苯酚在基于微纤复合Fe-ZSM-5分子筛膜催化剂固定床反应器上的湿式催化氧化性能。通过水热合成法在不锈钢纤维(Paper-like sintered stainless steel fibers,PSSF)载体上合成微纤复合Fe-ZSM-5/PSSF分子筛膜。通过XRD,比表面积与孔径分布,XPS,SEM,FT-IR和TPR等表征手段对微纤复合分子筛膜催化剂Fe-ZSM-5/PSSF的晶体结构,比表面积与孔体积,元素组分的价态,微观形态,以及还原性能进行评价。通过分子筛膜固定床反应器系统地研究以微纤复合分子筛膜Fe-ZSM-5/PSSF为催化剂湿式催化氧化含酚废水,以苯酚转化率、H2O2转化率、TOC转化率以及Fe离子浸出浓度为Fe-ZSM-5/PSSF催化剂湿式催化氧化含酚废水效果的重要指标,通过改变不同Si/Fe比、反应温度、催化剂床层高度以及流速考察微纤复合分子筛膜催化剂Fe-ZSM-5/PSSF湿式催化氧化含酚废水的规律以及催化剂的稳定性,同时与浸渍法合成的Fe2O3/ZSM-5/PSSF催化效果进行对比。结果表明,合成的微纤复合分子筛膜Fe-ZSM-5/PSSF中的Fe以骨架形式嵌入分子筛骨架内。Si/Fe为120,反应温度为80℃,催化剂床层高度为4 cm,流速为2 mL/min时,苯酚的转化率为100%,H2O2转化率为98.5%,TOC转化率为54.5%,铁离子浸出浓度约为0.5 mg/L。与浸渍法合成的Fe2O3/ZSM-5/PSSF对比发现,在反应温度为80℃,床层高度为2 cm,流速为2 mL/min条件下,水热法合成的微纤复合分子筛膜催化剂Fe-ZSM-5/PSSF(苯酚转化率92.5%)催化效果略优于浸渍法的(90.5%),其H2O2以及TOC转化率分别为80%和40%,远高于浸渍法的转化率。催化剂在固定床反应器上使用3次(21 h)之后,苯酚的转化率仍然保持在98%以上,基本完全转化,H2O2的转化率从98.5%缓慢降低至96.3%,TOC的转化率从53.8%降低至50.4%,Fe离子浸出浓度一直低于0.5 mg/L。