负载磺化酞菁钴催化剂处理垃圾渗滤液技术研究

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垃圾渗滤液成分复杂,水质波动大,原液COD浓度和氨氮浓度均较高,处理难度极大,其有效处理一直以来都是国内外环境保护领域亟待解决的一个问题。然而,现有垃圾渗滤液处理方法不可避免存在一些局限性,探索开发新型处理方法,为垃圾渗滤液处理开辟新途径,解决垃圾渗滤液处理的难题是研究者们孜孜不均的追求。本研究旨在为垃圾渗滤液的处理探寻新的方向。本研究以活性炭为载体,通过浸渍法制备负载磺化酞菁钴催化剂CoSPc/AC,以沈阳市老虎冲垃圾填埋场积存的垃圾渗滤液为处理对象,研究了不同处理温度、不同载体粒度和不同浓度条件下,CoSPc/AC对垃圾渗滤液中COD和NH3-N的吸附和催化氧化效果情况;利用响应曲面模型进一步优化实验条件;通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、N2吸脱附等多种表征手段,对吸附和催化氧化机理进行深入分析。主要研究内容及分析结论如下:(1)CoSPc/AC吸附和催化氧化作用大致分为高效期、稳定期和低效期,可持续作用6小时;相较于未改性的活性炭o-AC,CoSPc/AC能够有效地提高垃圾渗滤液中COD的去除率,但对NH3-N的去除率改变不大。(2)高温更有利于垃圾渗滤液中COD和NH3-N的去除;活性炭载体目数的增加有利于CoSPc/AC对COD和NH3-N的去除;CoSPc/AC对高浓度的垃圾渗滤液原液中COD和NH3-N的去除效果更好,其更适用于垃圾渗滤液的预处理环节。且CoSPc/AC的再生性良好,再生后能保证一定的催化性能。(3)响应曲面模型拟合结果表明在吸附和催化氧化去除COD的高效段,温度为60℃,载体粒度为50目,进水COD浓度为14697 mg/L时,RCOD的预测值为79.2449%,达最高;在吸附和催化氧化去除COD的稳定期,当温度为60℃,载体粒度为50目,进水COD浓度为15264.60 mg/L时,RCOD的预测值为67.28%,达最高。(4)TEM表征结果表明活性炭的微孔上成功负载了磺化酞菁钴,且其分布相对均匀;SEM的形貌图中可看到活性炭形成了良好的孔隙结构,EDS进一步印证了磺化酞菁钴在载体上的负载;XRD和FTIR表征显示磺化酞菁钴的加入使椰壳活性炭发生了一定的石墨化转变,活性炭的无定型结构加强,导致活性炭内部微晶尺度减小。CoSPc/AC对垃圾渗滤液中的COD和NH3-N的吸附和催化氧化机理讨论结论如下:活性炭对垃圾渗滤液中的COD和NH3-N的吸附以物理吸附为主,被吸附的有机物附着在活性炭外部固定的点位上直到达到吸附平衡;CoSPc/AC对垃圾渗滤液中的COD和NH3-N的催化氧化主要依靠活化后具有极强氧化性的CoSPc-O2-、Co3+和磺酸基。
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