b9式過氧化氫氧化降解H酸染料廢水研究_圖文

1、西北大學碩士學位論文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:曹昕申請學位級別:碩士專業(yè):化學工程指導教師:趙彬俠20100609 8060柏寥i,坐尋圖3.6焙燒溫度對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小時內(nèi),COD去除率可達反應(yīng)終點值的80%左右,反應(yīng)終點的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,此時終點處COD去除率可達69.7%。焙燒溫度繼續(xù)升高,催化劑活性下降,當焙燒溫度為650時,終點COD去除率下降為65.9%。對不同焙燒溫度下制得得催化劑樣品進行XRD檢測,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 第四章負載法制備Fe/Ti02.Ce02催化劑的研究在不同F(xiàn)e負載量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)時間為2h,每隔0.5h取樣一次,進

3、行COD分析。圖8為不同反應(yīng)時間下COD去除率隨催化劑中Fe負載量的變化趨勢。陽零I竹。time/hB:Fe%=0C:Fe%=0.5%D:Fe%=1%E:Fe%=2%F:Fe%=3%圖4.2Fe負載量對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負載量上升明顯提高,COD去除率從無Fe時的44.3%,上

4、升至Fe負載量為2%時最高的71.1%,當Fe負載量繼續(xù)增加,催化劑活性呈下降趨勢。4.2焙燒溫度對Fe離子溶出量的影響將Fe負載量為2%,Ti:Ce-9:1的催化劑前體于空氣氛,350,450,550,650四個溫度下分別焙燒,制得負載型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)時間為2h,每隔0.5h取樣一次,進行COD分析,并對處理后水樣進行Fe離子濃度檢測,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)量分數(shù)對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50%以上,后1.5h內(nèi)反應(yīng)趨于平緩,反應(yīng)終點COD去除率隨著Fe質(zhì)量分數(shù)的增加而減小,Fe質(zhì)量分數(shù)為1%時COD去除率為81.1%,當Fe質(zhì)量分數(shù)上升為2%,反應(yīng)終點去除率為66.4%。前文中Fe質(zhì)量分數(shù)為2%的負載型催化劑處理終點的COD去除率可達71.1%

6、,而以共沉淀法制備的Fe/Ti02.Ce02催化劑,當Fe質(zhì)量分數(shù)為1%時,處理終點COD去除率即可達到81.1%。Fe質(zhì)量分數(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)量分數(shù)分別為1%,1.5%時Fe/Ti02.Ce02催化劑的X衍射圖:32仲O蓬,呈 西北大學碩士學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雜,條件難于控制的缺點。相比之下,以溶膠凝膠法制備催化劑,雖然制備周期長,但工序簡單,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,結(jié)合催化劑表征手段,考察了Fe質(zhì)量分數(shù),焙燒溫度,水浴溫度等因素對催化劑活性的影響。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)量分數(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)量分數(shù)對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)量分數(shù)對催化劑性能的影響。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)時間為2h,每隔0.5h取樣一次,進行COD分析,其結(jié)果如下:陽5零一毋>尋伯1.O1.52Thete圖6.1Fe質(zhì)量分數(shù)對溶膠凝膠法制備Fe/Ti02-Ce02催化劑活性影響35 西北大學碩士學位論文60圖6.3焙燒溫度對溶膠凝膠法制得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,當焙燒溫度升至650"C,反應(yīng)終點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,也會使其比表面積進一步降低。6.4焙燒溫度對Fe離子溶出的影響對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行Fe離子溶出量的檢測,并計算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 時的96.2%下降至650時的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)量分數(shù)值與比表面積下,反應(yīng)終點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,不同水浴溫度對催化劑活性的影響,分別在25,45,65三個溫度下,以溶膠凝膠法制備Fe質(zhì)量分數(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)時間為2h,每隔0.5h取樣一次,進行COD分析加零I龜o圖6.4不同水浴溫度對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時的69.21%下降至56.54%。對三種水浴溫度下制備的催化劑凝膠進行熱重分析,分別作出TG.DTG曲線如圖6.56.7所示:38 西北大學碩士學位論文陽零,|堊雩尋A:負載型B:共沉淀法C:溶膠凝膠法圖7.1不同制備方法對COD去除率影響Fig.7.1Affection of preparing methords to COD removal由圖7.1可知,負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。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負載法共沉淀法溶膠凝膠法晶粒度/rim12。91