超臨界Ir-Ta催化氧化降解焦化脫硫廢液的研究.pdf

1、焦化脫硫廢液是焦爐煤氣凈化過程中產生的含有大量有機物與無機鹽的高濃度工業(yè)廢水。其成分復雜、難降解，在焦化廢水中占有很大比重，對后續(xù)工藝以及整個水處理系統(tǒng)的沖擊較大。傳統(tǒng)的處理工藝對焦化脫硫廢液中污染物降解有一定困難。隨著環(huán)境保護對焦化脫硫廢液中污染物的排放提出了更嚴格要求，需要開發(fā)一種綠色高效的處理方法。超臨界催化氧化技術作為一種新穎、高效的污染物處理技術，對高含有機物的工業(yè)廢水有著很好的去除效果。本文以武鋼焦化廠煙氣脫硫工段產生的脫硫

2、廢液為研究對象，在總結國內外研究現狀的基礎上，對水質進行了分析，采用超臨界催化氧化技術對焦化脫硫廢液中的污染物降解進行了系統(tǒng)的研究。主要研究結果如下:
　　(1)以鈦板為載體，利用電化學腐蝕的方法增加載體的比表面積，再采用涂覆法將Ir-Ta活性組分負載在載體上，最后高溫焙燒制備出比表面積為52.63 m2/g的Ir-Ta/Ti催化劑，通過熱分析等表征研究得出最適的制備條件為:每次涂覆后在120℃烘箱內干燥10-15 min，500

3、℃馬弗爐內焙燒10 min，最后一次在500℃馬弗爐內燒結1h。
　　(2)以蜂窩堇青石為載體，利用酸腐蝕的方法增加載體的比表面積，在對酸蝕后載體進行強化和改性后，再采用涂覆法將Ir-Ta活性組分負載在載體上，最后高溫焙燒制備出比表面積為37.27 m2/g的Ir-Ta/AlCe-Cord催化劑，通過熱分析等表征研究得出最適的制備條件為:堇青石載體經過20％的乙二酸溶液酸蝕1h后，120℃干燥2h，500℃焙燒4h;表面強化與改性

4、過程選擇溫度120℃，干燥1h，焙燒溫度為500℃，焙燒4 h;Ir-Ta活性組分負載過程中干燥溫度為120℃，每次10-15 min，焙燒溫度為500℃，每次10 min，最后一次在500℃下氧化燒結1h。
　　(3)考察不同影響因素（催化劑、溫度、壓力、反應時間和過氧比）對脫硫廢液中COD和氨氮去除率的影響，結果表明加入催化劑對污染物，特別是氨氮的降解有明顯提高，結果可以歸結于氨氮在活性組分IrO2上的降解作用;反應溫度、停留

5、時間和過氧比的提高也會提高COD和氨氮的去除率，但反應壓力對COD和氨氮去除率的影響則較小。
　　(4)采用響應面法(RSM)優(yōu)化SCWO處理脫硫廢液的各項影響因素，通過中心復合設計(CCD)建立COD、氨氮去除率的二次回歸模型，確定各因素之間交互作用的顯著性。通過RSM對試驗參數進行優(yōu)化，在滿足廢水排放要求的前提下，盡可能選擇溫度較低，壓力較小的反應條件，所確定的最適反應參數為溫度440℃、壓力24 MPa、反應時間60 s和過

6、氧比2倍。此操作參數下，使用Ir-Ta/Ti催化劑時COD和氨氮的去除率分別高達99.89％和98.55％，使用Ir-Ta/AlCe-Cord催化劑時COD和氨氮的去除率分別高達99.73％和98.41％，預測值和試驗值之間的誤差小于5％，所建模型切實可行。
　　(5)對不同條件下脫硫廢液中COD的去除進行動力學研究，在380-460℃、壓力24 MPa和過氧比2倍條件下，使用Ir-Ta/Ti催化劑時的反應活化能為45.18kJ/

7、mol，指前因子為54.05 s-1;使用Ir-Ta/AlCe-Cord催化劑時表明的反應活化能為48.11 kJ/mol，指前因子為97.51 s-1;無催化劑時的反應活化能為100.59 kJ/mol，指前因子為27.9×104 s-1。自制催化劑的加入能明顯降低反應活化能，降低反應溫度，提高反應速率。
　　(6)利用基于密度泛函理論的量子化學軟件Materials Studio對超臨界催化氧化反應過程中喹啉和吡啶的轉化過程進