b9式過氧化氫氧化降解H酸染料廢水研究_圖文

1、西北大學(xué)碩士學(xué)位論文TiO<,2>-CeO<,2>和Fe/TiO<,2>-CeO<,2>催化濕式過氧化氫氧化降解H-酸染料廢水研究姓名:曹昕申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):化學(xué)工程指導(dǎo)教師:趙彬俠20100609 8060柏寥i,坐尋圖3.6焙燒溫度對(duì)Ti02.Ce02催化劑活性的影響Fig.3.6Affection of calcination temperature to TiOrCe02catalysts 由圖3.6可見,在反應(yīng)開始的1小時(shí)內(nèi),COD去除率可達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)值的80%左右,反應(yīng)終點(diǎn)的COD去除率值,隨催化劑焙燒溫度上升而上升,焙燒溫度為5

2、50的催化劑活性最佳,此時(shí)終點(diǎn)處COD去除率可達(dá)69.7%。焙燒溫度繼續(xù)升高,催化劑活性下降,當(dāng)焙燒溫度為650時(shí),終點(diǎn)COD去除率下降為65.9%。對(duì)不同焙燒溫度下制得得催化劑樣品進(jìn)行XRD檢測(cè),其結(jié)果如下:圖3.7不同焙燒溫度下Ti02.Ce02催化劑XRD衍射圖 第四章負(fù)載法制備Fe/Ti02.Ce02催化劑的研究在不同F(xiàn)e負(fù)載量Fe/Ti02.Ce02(Ti:Ce-9:1催化劑作用下,以CWPO法處理COD=10125mg/L、初始pH值=5的H一酸鈉鹽溶液。催化劑用量為49/L,30%H202用量為70mFL廢水,反應(yīng)溫度為80"C,反應(yīng)時(shí)間為2h,每隔0.5h取樣一次,進(jìn)

3、行COD分析。圖8為不同反應(yīng)時(shí)間下COD去除率隨催化劑中Fe負(fù)載量的變化趨勢(shì)。陽零I竹。time/hB:Fe%=0C:Fe%=0.5%D:Fe%=1%E:Fe%=2%F:Fe%=3%圖4.2Fe負(fù)載量對(duì)COD去除率的影響Fig.4.2The comparison of COD removal of catalysts with various amount of Fe 由圖4.2可知,與Ti02.Ce02催化劑作用相似,水樣COD去除率隨反應(yīng)時(shí)間上升,前半程上升極快,后半程上升速度趨緩,最后0.5hCOD去除率幾乎不變。催化劑活性隨Fe負(fù)載量上升明顯提高,COD去除率從無Fe時(shí)的44.3%,上

4、升至Fe負(fù)載量為2%時(shí)最高的71.1%,當(dāng)Fe負(fù)載量繼續(xù)增加,催化劑活性呈下降趨勢(shì)。4.2焙燒溫度對(duì)Fe離子溶出量的影響將Fe負(fù)載量為2%,Ti:Ce-9:1的催化劑前體于空氣氛,350,450,550,650四個(gè)溫度下分別焙燒,制得負(fù)載型Fe爪02.Ce02催化劑。以CWPO法處理COD=10125mg/L、初始pH值=5的H一酸鈉鹽溶液。催化劑用量為49/L,30%H202用量為70mFL廢水,反應(yīng)溫度為80"C,反應(yīng)時(shí)間為2h,每隔0.5h取樣一次,進(jìn)行COD分析,并對(duì)處理后水樣進(jìn)行Fe離子濃度檢測(cè),其結(jié)果如下:2R 第五章共沉淀法制備FcFFi02Ce02催化劑的研究圖5.1

5、Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)Fe.Ti-Ce三組分共沉淀催化劑活性的影響Fig.5.1Affection of percentage of Fe to Fe-Ti-Ce Coprecipitated catalysts由圖5.1可知,相比于Ti02.Ce02催化劑,Fe/Ti02.Ce02催化劑在反應(yīng)初期活性更佳,在O.5h內(nèi)水樣COD值去除率即可達(dá)50%以上,后1.5h內(nèi)反應(yīng)趨于平緩,反應(yīng)終點(diǎn)COD去除率隨著Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減小,Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)COD去除率為81.1%,當(dāng)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升為2%,反應(yīng)終點(diǎn)去除率為66.4%。前文中Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的負(fù)載型催化劑處理終點(diǎn)的COD去除率可達(dá)71.1%

6、,而以共沉淀法制備的Fe/Ti02.Ce02催化劑,當(dāng)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),處理終點(diǎn)COD去除率即可達(dá)到81.1%。Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降而催化劑活性反而提高,這說明Fe作為活性組分,通過三組分共沉淀的方法,其在催化劑中的分布更為均勻,單位面積上可產(chǎn)生更多的活性中心。圖5.2為Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%,1.5%時(shí)Fe/Ti02.Ce02催化劑的X衍射圖:32仲O蓬,呈 西北大學(xué)碩士學(xué)位論文第六章溶膠凝膠法制備Fe/Ti02-Ce02催化劑的研究共沉淀法制備催化劑具有工序復(fù)雜,條件難于控制的缺點(diǎn)。相比之下,以溶膠凝膠法制備催化劑,雖然制備周期長(zhǎng),但工序簡(jiǎn)單,條件易于控制,各組分分布均勻,且反應(yīng)條件更為溫

7、和,為目前比較普及的催化劑制備方法。以溶膠凝膠法制備了Fe/Ti02.Ce02催化劑,以COD去除率為只要指標(biāo),結(jié)合催化劑表征手段,考察了Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù),焙燒溫度,水浴溫度等因素對(duì)催化劑活性的影響。6.1催化劑的制備將定比例的鈦酸丁酯,乙酸,無水乙醇加入燒瓶中,攪拌均勻后,按照Ti.Ce摩爾比=9:1和一定的Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù),分別加入Ce(N033、Fe(N033固體。在一定溫度的水浴下攪拌8h,制成溶膠。而后將溶膠置于表面皿上。室溫下靜止12h,形成凝膠。在75下將凝膠干燥5h,而后在空氣氛、指定焙燒溫度下焙燒3h,得到催化劑成品。6.2Fe元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)催化劑性能的影響在相同的制備條件下,考察催

8、化劑中不同的Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)催化劑性能的影響。溶膠凝膠制備過程水浴溫度為25,凝膠經(jīng)75干燥5h后,在550下焙燒3h得到催化劑成品。以各不同F(xiàn)e%的催化劑處理COD=10125mg/L、初始pH值=5的H.酸鈉鹽溶液,催化劑用量為49/L廢水,30%H202用量為70ml/L廢水。反應(yīng)溫度為80"C,反應(yīng)時(shí)間為2h,每隔0.5h取樣一次,進(jìn)行COD分析,其結(jié)果如下:陽5零一毋>尋伯1.O1.52Thete圖6.1Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)溶膠凝膠法制備Fe/Ti02-Ce02催化劑活性影響35 西北大學(xué)碩士學(xué)位論文60圖6.3焙燒溫度對(duì)溶膠凝膠法制得Fefgi02.Ce02催化劑性能影響F

9、嚕.6.3Affection of calcination temperature to Fe/TiOrCe02Sol-gel catalysts可見,在550下焙燒所得催化劑具有最佳活性,當(dāng)焙燒溫度升至650"C,反應(yīng)終點(diǎn)COD去除率明顯下降。結(jié)合前文,一方面催化劑晶形發(fā)生了轉(zhuǎn)變,金紅石的比例上升了,另一方面,在650。C下,催化劑局部可能發(fā)生的燒結(jié)現(xiàn)象,也會(huì)使其比表面積進(jìn)一步降低。6.4焙燒溫度對(duì)Fe離子溶出的影響對(duì)不同焙燒溫度下溶膠凝膠法制備的Fe%=0.5%的Fe/Ti02.Ce02催化劑處理后的水樣進(jìn)行Fe離子溶出量的檢測(cè),并計(jì)算Fe離子溶出率,結(jié)果如下表:表6.1'

10、;rab.6.1焙燒溫度對(duì)溶膠凝膠法制備催化劑Fe離子溶出的影響Affection of calcination temperature to Fe ion release ofFe/Ti02-Ce02Sol-gel catalysts由上表可知,髓著焙燒溫度的上升,Fe離子溶出問題有明顯的改善,溶出率從350"C 時(shí)的96.2%下降至650時(shí)的61.2%。溶膠凝膠法制備的催化劑比表面積明顯小于前兩種方法,在較低的Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)值與比表面積下,反應(yīng)終點(diǎn)COD去除率尚且可觀,這說37弓零一要o 窆第六章溶膠凝膠法制備Fe/Ti02-.Ce02催化劑的研究明溶膠凝膠法能更好的將活性組分分散

11、在晶體結(jié)構(gòu)中,單位表面積上活性中心密度大。6.5水浴溫度對(duì)催化劑性能的影響為考察在溶膠凝膠法制備催化劑的過程中,不同水浴溫度對(duì)催化劑活性的影響,分別在25,45,65三個(gè)溫度下,以溶膠凝膠法制備Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)=o.5%,Ti:Ce=9:l 的Fe/Ti02.Ce02催化劑,焙燒溫度為550。C,分別處理COD=10125mg/L、初始pH值=5的H.酸鈉鹽溶液,催化劑用量為49/L廢水,30%H1202用量為70ml/L廢水。反應(yīng)溫度為80,反應(yīng)時(shí)間為2h,每隔0.5h取樣一次,進(jìn)行COD分析加零I龜o圖6.4不同水浴溫度對(duì)溶膠凝膠催化劑活性的影響Fig.6.4Affection of bath

12、 temperature to Fe/Ti02Ce02Sol-gel catalysts 由圖6.4可見,隨著制備時(shí)水浴溫度的上升,溶膠凝膠法制得的催化劑性能逐漸下降,從25"C時(shí)的69.21%下降至56.54%。對(duì)三種水浴溫度下制備的催化劑凝膠進(jìn)行熱重分析,分別作出TG.DTG曲線如圖6.56.7所示:38 西北大學(xué)碩士學(xué)位論文陽零,|堊雩尋A:負(fù)載型B:共沉淀法C:溶膠凝膠法圖7.1不同制備方法對(duì)COD去除率影響Fig.7.1Affection of preparing methords to COD removal由圖7.1可知,負(fù)載法與共沉淀法制備的Fe/Ti02.Ce02催化劑,最終處理效果非常接近,但以共沉淀法制備的催化劑在反應(yīng)初始階段,COD去除率上升速度較快,活性強(qiáng)。溶膠凝膠法制各的催化劑處理效果較差。由不同的制備方法制得催化劑在比表面積,晶體結(jié)構(gòu)等方面有明顯差異,如下表所不:表7.2不同制備方法催化劑比表面積與晶粒度關(guān)系Tab.7.2Affection of preparing methords to BET and crystal sides負(fù)載法共沉淀法溶膠凝膠法晶粒度/rim12。91