焦化废水湿式氧化催化剂性能及工艺条件研究_郭绍义

焦化废水是典型的含难降解有机污染物的工业废水,其组成复杂,除含有大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物外,还含有氰、无机氟离子和氨氮等有毒有害物质,污染物不仅色度高,而且在水中以真溶液和准胶体的形式存在,性质非常稳定,废水中的COD值和色度均较难除去。催化湿式氧化法[1~3]具有处理效率高、占地少、二次污染小以及不产生活性污泥等优点,尤其适合于处理有毒、有害和含有生物难降解物质的高浓度有机废水。目前用于催化湿式氧化的催化剂有贵金属系催化剂、稀土系列催化剂、过渡金属系列催化剂[4~6]。铜系催化剂以活性高、价廉易得等优点使其在催化领域中得到普遍应用,但该类催化剂存在Cu2+的溶出问题,大量消耗催化剂是制约其规模化应用的关键,本实验以稀土、过渡金属制备复合型催化剂,采用湿式氧化处理焦化废水,并对催化剂的催化性能进行了考察,研究了反应条件对处理效果的影响,为湿式氧化在焦化废水处理上提供依据。1实验1.1催化剂的制备按一定比例取一定浓度的Cu(NO3)2的盐溶液,同时滴加到烧杯中进行反应,以0.5mol/L(NH4)2CO3为沉淀剂,并放置在45℃左右的水浴上,调节滴加速率,以控制pH值在7.0附近。待共沉淀反应结束后,在室温下老化12h~24h。真空抽滤使沉淀和母液分离,在80℃~100℃下干燥8h~12h,以γ-Al2O3为载体,在700℃~900℃下焙烧12h,即制得催化剂。按此步骤分别制备Cu-Mn/Al2O3、Cu-Zn/Al2O3、Cu-Ti/Al2O3、Cu-Ce/Al2O3等催化剂。1.2实验装置和方法本研究采用2L的FYX2a型永磁旋转搅拌高压釜,配有电热恒温装置,具有液相与气相2个取样点,釜内有冷却盘管。取1L高浓度焦化废水置于容器内,加入定量催化剂,通入一定量N2保护并升温,达到设定的温度后,开动搅拌器,通入反应所需的氧气达到给定值,此时作为反应的起始时刻,开始计时,考察催化剂在催化湿式氧化焦化废液过程中的活性及稳定性情况。1.3实验条件在实验中已确定催化湿式氧化处理焦化废液较优条件[7]为:焦化废液加入量为500mL,反应温度180℃,总压4.8MPa,氧气分压1.4MPa,反应时间为120min。实验所用废水取自焦化厂蒸氨、脱酚前浓焦化废水,其COD质量浓度为7340mg/L,pH值为8.43。1.4催化剂稳定性的表征方法焦化废水湿式氧化催化剂性能及工艺条件研究郭绍义王红新(池州学院,安徽池州247000)基金项目:池州学院引进研究生科研启动项目(No.XYK200601)收稿日期:2007-12-07作者简介:郭绍义(1977—),男,2002年毕业于河北理工大学化学工艺专业,2006年获硕士学位,助教,主要从事环境化工及其应用的教学和科研工作。摘要对比Cu-Mn/Al2O3、Cu-Zn/Al2O3、Cu-Ti/Al2O3、Cu-Ce/Al2O3等系列催化剂的催化性能,优选出Cu-Ce/Al2O3催化剂,考察催化湿式氧化处理焦化废水的工艺条件、催化剂活性及稳定性,结果显示,利用Cu-Ce/Al2O3(摩尔比Cu:Ce=3:1)催化剂处理焦化废水时,该催化剂的加入可使焦化废水COD去除率提高40%,处理效果随温度升高明显增强,在保证氧气供应充足的情况下,适当增加氧气分压,对处理效果增加不太明显。其优化工艺条件为:反应温度180℃,总压4.8MPa,氧气分压1.4MPa,氧化反应时间120min,焦化废水COD去除率最高可达94.3%,且金属离子溶出量较少,该催化剂持续工作500h内,其催化活性和稳定性良好。关键词焦化废水湿式氧化催化剂COD去除率文章编号:1005-9598(2008)-02-0019-04中图分类号:TQ52文献标识码:A第2期(总第135期)2008年4月煤化工CoalChemicalIndustryNo.2(TotalNo.135)Apr.20082008年第2期煤化工表1相同摩尔配比条件下催化性能比较Cu-MnCu-ZnCu-TiCu-Ce2:13:14:12:13:14:12:13:14:12:13:14:1比表面积/m2·g-1102.3106.1104.689.696.3105.790.286.595.699.6121.3105.3催化剂及摩尔配比催化剂的氧化活性表征可用废水的化学需氧量COD去除率来表示,COD去除率高,则说明该催化剂活性高,反之相反。COD测定采用HACH-DR2010COD分析仪,pH采用PHS-3B型pH仪测量,催化剂的稳定性表征可用Cu2+溶出量反映,采用美国热电公司IRIS型等离子体发射光谱仪测量金属离子溶出量。2结果讨论2.1不同催化剂的性能比较在3种相同的摩尔配比、850℃焙烧条件下,制备了Cu-Mn/Al2O3、Cu-Zn/Al2O3、C