基于金属氧化物和氮化碳的聚乙烯醇低pH催化臭氧化.pdf

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摘要

摘要

聚乙烯醇(polyvinylalcohol,PVA)是拥有特殊物理性能的水溶性高分子聚

合物,被广泛应用于各种工业生产中,因此存在大量含PVA的工业废水。当使

用膜技术高级处理含PVA废水时,水中PVA会在膜上形成薄膜造成膜堵塞。此

外PVA难以被生物降解,进入水体环境易形成泡沫影响水体复氧,引发底泥重

金属迁移至水体,进而影响水体微生物生存环境。因此进行膜处理或生物处理前,

有必要对含PVA废水进行预处理。

臭氧氧化法因为具有选择性低、氧化性强且对环境友好等优点被广泛应用,

而加入催化剂形成臭氧催化氧化法也极大的提高了氧化降解有机物效率。当今存

在许多低pH工业废水,但由于臭氧在酸性条件下分解受到抑制,臭氧催化氧化

pH

法面对低废水时处理效果不佳。本课题组为解决这一问题,建立基于

Cu-O-Mn/γ-AlO金属氧化物(CMA)催化剂的催化臭氧化法,配合低浓度过氧

23

化氢处理低pH条件PVA废水,达到了一个良好的降解效果。研究报道氮化碳是

良好光催化剂能产生微量过氧化氢,同时具有优良的催化性能。因此本论文在原

CMApH

来的基础上选择氮化碳,与共同作用建立的臭氧催化体系能对低条件

下PVA展现良好的降解性能,扩大pH适用范围。

根据上述思路,首先进行氮化碳改性方法和改性氮化碳最佳制备条件的研究,

其次确定基于氮化碳和金属氧化物建立的催化臭氧化体系最佳降解条件,最后探

讨体系各组分所起作用和反应机理以及氮化碳重复使用情况。

pH3PVA

研究结果如下:通过降解的废水对比不同氮化碳改性方法确定使

用氮空位改性方法,氮化碳最佳改性条件:三聚氰胺超声2h,放入管式炉在空

气气氛下500℃煅烧5h,再与硼酸氢钠1:5混合,于氮气气氛下400℃煅烧1h。

表征结果显示改性氮化碳具备介孔结构,还原过程中氮化碳的三嗪环被打开导致

C≡NCNCN-CN

吡啶氮化物破坏,产生和、结构,叔氮化物为还原位点形成

了氮空位,导致C/N原子比增加。将该催化剂加入CMA/O体系后,在25min

3

48%99%5

内,体系前后降解率由原来的提高到。经次重复使用后催化剂仍能

保持较好的催化效能,具有稳定性。基于改性后氮化碳与CMA建立催化体系对

pH3,初始浓度为14mg/L的PVA进行降解。优化后反应条件为:氮化碳投加

I

摘要

量为100mg/L,CMA投加量为100mg/L、O的投加量为9.2mg/L,氮化碳进行

3

吸附暗反应30min。在室内自然条件下,25min内,催化臭氧化体系可对聚乙

烯醇的去除率达99%。

对体系各组分作用进行探究,结果表明催化臭氧化体系遵循羟基自由基(•OH)

氧化机制,体系中存在过氧化氢且起关键作用。单独的CMA、氮化碳催化剂去

除率分别为1.8%、8%,具有一定吸附作用但不大;其次单独臭氧作用在低pH

下效果有限,去除率仅为23%。加入CMA催化剂后使降解率提高到48%,体

现CMA具有催化作用。在CMA体系中引入痕量过氧化氢后体系降解率可达到

99%。加入氮化碳到CMA/O3体系中,降解速率也能由48%升到99%,证实改

性后氮化碳可以起到与添加过氧化氢相同效

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