二氧化氯催化氧化用催化剂的制备与应用_贺启环

文章编号:0427-7104(2003)03-0324-05二氧化氯催化氧化用催化剂的制备与应用贺启环1,方华2,高蓉菁3,王琼1(1.南京理工大学环境科学与工程系,南京,210094;2.东南大学环境工程系,南京,210096;3.江苏省环境工程重点实验室,南京,210036)摘要:研究了二氧化氯催化氧化用催化剂的制备条件与催化剂性能.实验结果表明在商品催化剂载体上负载Cu2+活性组分的催化剂制备优化条件为:w(cu2+)=4%,焙烧温度为300～350℃,焙烧时间2h;用此催化剂进行二氧化氯催化氧化处理COD为3500mg/L、色度为10万倍的酸性大红GR染料配制废水时,COD去除率可达80%,脱色率达97.8%,BOD5/COD比值由原来的0.07上升到0.41;催化剂寿命与再生实验也表明此种方法在技术与经济上都具有较强的实用性.关键词:催化剂;二氧化氯;催化氧化中图分类号:O643.3文献标识码:A利用二氧化氯(ClO2)的强氧化性处理难降解废水是ClO2在水处理中的主要用途之一,但因为二氧化氯与有机物的反应具有选择性[1],使得二氧化氯化学氧化处理难降解废水时未能达到预期的效果.因此采用二氧化氯与高效催化剂组成二相催化氧化体系,对废水进行催化氧化处理,改善反应条件,提高反应效率,是二氧化氯在废水处理领域中的发展方向[2].二氧化氯催化氧化是一种新型高效的催化氧化技术,虽已有采用此方法取得了较好效果的报道[3,4],但在其关键技术———催化剂的制备方面至今尚未见有相关报道.本文将重点介绍二氧化氯催化氧化用催化剂制备条件的研究及其在酸性大红GR染料配制废水处理中的应用.1实验方法1.1催化剂的制备二氧化氯催化氧化技术中所用为负载型非均相催化剂,并使用载体,采用浸渍法制备.制备过程主要包括:载体预处理,浸渍,干燥,焙烧等步骤制得成品.前期初步实验研究表明当催化剂组分搭配为:活性组分为Cu2+,载体为制备催化剂载体专用活性炭(ZZ-30)时,有较佳的催化效果,因此本研究采用这两种物质作为活性组分与载体,重点研究催化剂制备的工艺条件.1.2催化剂活性评价方法催化氧化反应在固定床反应塔中进行,催化剂填装体积约200cm3(约100g),运行方式采用序批式,每次处理100mL废水.催化剂活性用COD去除率评价,η去除为COD去除率.催化氧化所用废水为酸性大红GR染料配制废水,其色度为10万倍,COD值为3500mg/L,BOD5为250mg/L,BOD5/COD仅为0.07,是一种难降解废水.收稿日期:2003-01-22基金项目:江苏省环境工程重点实验室开放基金资助课题作者简介:贺启环(1943—),男,教授.第42卷第3期2003年6月复旦学报(自然科学版)JournalofFudanUniversity(NaturalScience)Vol.42No.3Jun.2003DOI:10.15943/j.cnki.fdxb-jns.2003.03.0172结果与讨论2.1催化氧化反应体系适宜pH值的选择图1pH值对COD去除率的影响Fig.1RelationshipbetweenpHandCODremovalratio—◇—1#(pH=2);—◆—2#(pH=4);—△—3#(pH=6);—★—4#(pH=8)反应体系的pH值会影响到催化剂上活性组分的流失与催化剂的使用寿命,并对二氧化氯的氧化能力有显著的影响作用,因此首先讨论催化氧化体系中的最佳pH值.本实验中初始催化剂的制备条件根据相关资料与经验确定为:浸渍液的活性组分浓度w(Cu2+)=6.5%,焙烧温度为450℃,焙烧时间为4h.制备催化剂分为四组,控制反应pH值分别为2(1#)、4(2#)、6(3#)、8(4#)四个水平,通过30次重复催化氧化实验(催化氧化反应条件为:ρ(ClO2)=1000mg/L废水,反应60min),考察pH值与COD去除率之间的关系.由实验结果作图1.由图1可以看出1#条件下(pH=2)去除效果最好,这与二氧化氯在酸性条件下氧化电极电位高是一致的,故确定催化氧化反应体系的pH值控制在2左右.2.2载体预处理对去除效果的影响图2载体预处理对去除效果的影响Fig.2RelationshipbetweenpretreatmentofcarrierandCODremovalratio—◇—1#(2mol/L);—◆—2#(1mol/L);—△—3#(0.5mol/L);—★—4#(未处理)分别采用2mol/L(1#)、1mol/L(2#)、0.5mol/L(3#)三种浓度的HNO3溶液对载体进行预处理,与不经预处理的载体(4#)分别按2.1节中制备条件制备催化剂,通过20次催化氧化实验(催化氧化反应条件为:ρ(ClO2)=1000mg/L废水,反应时间6