多组分金属催化剂制备条件对湿式氧化染料废水性能的影响

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水体中污染物来源广泛,工业废水中特别是染料、造纸和化工等行业,其产生过程中的废水对环境危害十分突出。染料废水成分复杂,混合了多种污染物质,其特点是色度大,COD含量高,生物降解性差,使用传统的生物法难以达到排放标准。催化湿式氧化法为染料废水的处理提供了一种有效的方法。而催化剂的研究就是湿式氧化效果的关键,本文结合国内外对贵金属系列催化剂、过渡金属系列催化剂及稀土金属系列催化剂的研究,通过研究制备条件对Fe-Mn-Ce-La多组分金属催化剂的活性影响,以获得活性和稳定性更高的Fe-Mn-Ce-La多组分金属催化剂。  采用共沉淀法制备金属原子摩尔比为1:1:1:1的Fe-Mn-Ce-La复合催化剂,并用于湿式氧化模拟染料废水,研究沉淀剂、分散剂用量、时间、温度等制备条件对催化剂性能影响。首先考察沉淀剂对Fe-Mn-Ce-La催化剂活性的影响,结果表明,COD去除率最高的为 NaOH沉淀剂67.5%,次之为氨水沉淀剂65.1%,脱色率分别为 NaOH(95.1%)、氨水(93.2%),沉淀剂效果最好的为 NaOH,但是该催化剂金属溶出量较高,催化剂不稳定,综合考虑活性和稳定性,选取氨水作为沉淀剂。接着考察滴加方式对催化剂活性影响,结果表明采用正加法制备的Fe-Mn-Ce-La复合催化剂COD的去除率和脱色率最高分别为65.1%、93.2%,SEM图说明正加法制备的催化剂表面颗粒分散性好,催化剂活性较并流法和倒加法催化剂高,采用正加法制备活性最佳。使用2.5%、5%、7.5%和10%PEG分散剂考察其用量对催化剂活性影响,结果表明分散剂用量为7.5%时活性最佳,催化剂COD去除率和脱色率最高,分别为69.8%和96.7%。考察老化温度对催化剂活性影响,综合考虑老化温度取40℃最佳,此时COD去除率为70.7%,脱色率最高为96.9%;老化时间取4h的COD去除率和脱色率最高,分别为71.9%和97.3%,此时对应pH为4.61。考察焙烧时间对Fe-Mn-Ce-La多组分催化剂活性影响,实验表明,COD去除率和脱色率随着焙烧时间的增加而降低;焙烧1h时,催化活性最佳,但催化剂焙烧不充分,活性组分不能形成稳定晶体,易发生溶出,综合考虑,焙烧时间取3h。  最后,分别取焙烧温度300、450、600和750℃,考察焙烧温度对多组分催化剂活性影响,300℃时,催化活性最佳,结合TG-DTA表征分析,金属溶出量分析,300℃时催化剂中活性组分不能形成稳定晶体,在使用过程中容易溶出,综合考虑,焙烧温度取450℃。SEM及TEM表征分析,焙烧温度450℃条件下制备的催化剂,颗粒的晶型边界清晰,分布均匀,根据统计计算,其颗粒的平均粒径为7.98nm。XRD表征分析可知Fe-Mn-Ce-La复合催化剂组成物质主要是以LaMnO3、MnO2、CeO2、LaFeO3、4种金属氧化物的形式存在,随着焙烧温度升高,催化剂中晶体含量更高。XPS表征分析表明,催化剂中Fe主要以Fe2+和Fe3+的形式存在,Mn主要以Mn3+的形式存在,Ce主要以Ce4+的形式存在,La主要以La3+的形式存在,与XRD分析结果一致。本论文的研究为Fe-Mn-Ce-La多组分金属催化剂制备及催化湿式氧化染料废水实际应用提供了理论支持。
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