臭氧催化氧化降解煤化工高盐废水有机物的机理

研究了臭氧催化氧化降解煤化工高盐废水有机物的机理。实验采集了国内典型煤化工企业高盐废水,明确了水中盐离子的组成及含量;制备高盐性臭氧催化剂,研究了不同活性组分对臭氧催化氧化效率的影响,确定了最佳的臭氧催化剂;对臭氧催化剂开展表征分析,明确催化剂表观形貌、元素组成及负载情况;最后采用甲酸模拟水样,研究臭氧催化氧化作用方式、臭氧衰减率变化、羟基自由基（·OH）变化、H₂O₂变化及超氧自由基（·O₂^-）变化,明确臭氧催化氧化作用机理及反应历程。结果表明：煤化工高盐废水阳离子主要为钠离子,其次是钾离子、钙离子、镁离子;阴离子主要为氯离子、硫酸根,其次是硝酸根离子;通过研究不同活性组分对臭氧催化氧化效率确定最佳催化剂为SiO₂/Al₂O₃-Fe₂O₃。对催化剂开展表征分析发现：催化剂载体为硅铝复合氧化物,铁作为活性组分均匀负载于载体上。臭氧催化氧化降解机理研究发现：臭氧催化氧化过程遵从羟基自由基作用机理,O₃通过衰减产生羟基自由基,而催化剂的加入促进了·OH生成;反应过程中产生的H₂O₂量与·?OH有关,·?OH越多,H₂O₂产生量越多,但·O₂^-的产生与·OH没关系。     

一种强化初沉池污泥厌氧发酵积累短链脂肪酸的新方法及机制

以过氧化钙（Ca O₂）和初沉污泥为探究对象,在室温条件下探究了Ca O₂对初沉污泥厌氧发酵产短链脂肪酸（SCFA）的影响。结果表明,适当添加Ca O₂能促进污泥发酵系统中SCFA的积累并缩短最佳发酵时间,当Ca O₂含量为0.1 g/g时,SCFA的最大积累量为526.3 mg/L,为空白组的1.24倍。然而当Ca O₂含量升高至0.2 g/g时,Ca O₂的存在抑制了SCFA的积累。Ca O₂能够提高发酵体系的p H,从而导致碱性环境利于污泥发酵。Ca O₂促进初沉污泥溶解性有机物释放,当Ca O₂含量为0.1 g/g时,溶解性蛋白质和多糖的最高含量分别为262、156 mg/L。酶活性分析表明适当添加Ca O₂促进了蛋白质酶和纤维素活性。Ca O₂同样影响初沉池污泥发酵微生物群落,Ca O₂存在显著提高了Bacteroi...     

Ti-Al复合载体载锰催化剂同时脱硝脱汞实验

采用溶胶-凝胶法制备了一系列TiO₂、TiO₂-Al₂O₃（TiAl）、MnO₂/TiO₂（MnTi）和MnO₂/TiO₂-Al₂O₃（MnTiAl）样品,在固定床实验装置上研究了MnTi和MnTiAl催化剂的脱硝、脱汞性能,并对相应的样品进行了BET、XRD、H₂-TPR、XPS表征分析。表征结果表明,Al₂O₃掺入TiO₂后能极大提高载体的比表面积,提升催化剂氧化还原性能,且有利于高价态锰离子（Mn³⁺和Mn⁴⁺）和化学吸附氧（O*）在催化剂表面富集。固定床实验结果表明,在反应温度范围内,MnTiAl催化剂脱硝、脱汞性能均优于MnTi催化剂,MnTiAl催化剂在200℃时脱硝、脱汞效率分别高达88.5%和96.1%。MnTiAl脱除烟气Hg⁰过程中,将Hg⁰氧化为Hg²⁺的同时,催化剂表面Mn³⁺、Mn⁴⁺和O*浓度均被消耗,同时烟气中的O₂能将催化剂表面较低价态的锰离子（Mn²⁺和Mn³⁺）重新氧化为高价态锰离子（Mn³⁺和Mn⁴⁺）,并且能补充催化剂表面的化学吸附氧（O*）,进而实现催化剂催化氧化Hg⁰过程。     

Fe2+/H2O2体系内各种自由基在氧化NO中的作用

Fe²⁺/H₂O₂体系可分解产生多种氧化性自由基, 主要包括O₂^-·、·OH和HO₂·。本文实验研究了O₂^-·、·OH及HO₂·在Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO气体过程中的作用。结果表明:在本实验条件下, O₂^-·对NO气体的氧化作用不明显;·OH及HO₂·是该体系氧化NO气体的主要活性物质, 其中·OH的氧化作用更大。加快自由基的生成速率可以增强Fe²⁺/H₂O₂体系对NO气体的氧化能力, 但O₂的生成速率同时加快。只有少量·OH及HO₂·参与NO的氧化, ·OH与HO₂·之间的快速反应是Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO过程中H₂O₂利用率低的主要原因。     

光催化辅助高浓度臭氧循环工艺降解对氯苯酚及协同机理

针对臭氧（O₃）降解对氯苯酚（4-CP）中效率有限且尾气排放高的问题,采用光催化辅助高浓度臭氧循环工艺并对TiO₂浓度、循环气量以及pH值等因素进行研究,结合对苯醌变化及猝灭剂试验分析其协同机理。循环气量为2.0 L·min^-1,TiO₂投加量为250 mg·L^-1时,O₃/TiO₂/UV体系的降解动力学系数为0.291 min^-1,是O₃体系的1.24倍;pH值在6.7~11.0区间内与降解效果呈正相关,pH值为11.0时反应10 min,O₃/TiO₂/UV协同体系中4-CP和COD降解率为98.21%和61.68%。微量TiO₂在高浓度臭氧水中激发的·OH以及·O₂^-是促使对苯醌等前期产物生成与降解的主要氧化粒子,且OH^-的加入能促进相应自由基的生成。     

Fe2+/Fe3+和Mn2+对低氧曝气过程总氮去除与转化途径的影响

为短期快速实现实际生活污水自养脱氮,采用含有厌氧氨氧化菌的实际污水处理厂活性污泥,针对Fe²⁺/Fe³⁺和Mn²⁺对低氧曝气过程中氮的去除效果进行了研究,分析确定了氮素转化的途径。研究结果表明,Fe²⁺/Fe³⁺和Mn²⁺均可提高活性污泥中厌氧氨氧化菌（AnAOB）丰度,但由于Fe²⁺/Fe³⁺对氨氧化菌（AOB）也存在一定抑制作用,因此,短期投加Fe²⁺/Fe³⁺条件下,低氧曝气过程中总无机氮去除率为25%,但投加Mn²⁺条件下总无机氮去除率可达44%。通过氮素平衡分析,发现投加Fe²⁺/Fe³⁺条件下,氮素主要通过反硝化作用去除;而投加Mn²⁺条件下,氮素主要通过厌氧氨氧化（anammox）作用去除。因此,传统活性污泥可通过短期投加Mn²⁺增强厌氧氨氧化活性,促进低氧曝气过程中氮的去除,利于快速实现一体化自养脱氮。     

多元负载型催化剂的制备及臭氧催化氧化性能

为了解决臭氧催化剂效率低、易流失等问题,采用焙烧法制备FeO_x-CuO_x-MnO_x/活性炭-蒙脱土臭氧催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等方法对所制备臭氧催化剂进行表征,并将该催化剂应用于臭氧催化氧化深度处理垃圾渗滤液实验。分别考察了臭氧催化剂载体中粉末活性炭与蒙脱土质量比、活性组分Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺物质的量比、载体与活性组分的质量比、焙烧温度与时间等因素对催化剂性能的影响。结果表明,当载体组分中粉末活性炭与蒙脱土质量比为1∶1,活性组分Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺物质的量比为3∶1∶1,载体与活性组分质量比为4∶1,焙烧温度为600℃,焙烧时间为60 min时,所制备臭氧催化剂孔道结构清晰,活性组分Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺负载率高且分布均匀;在深度处理垃圾渗滤液时,臭氧催化剂投加量为5 g/L,臭氧投加量为100 mg/L,垃圾渗滤液COD去除率达到67.46%,有较高的催化效率,且臭氧催化剂经过多次重复使用后,催化性能仍保持稳定。     

O3/CaO2协同氧化快速降解低浓度氨氮

受金属氧化物催化臭氧氧化氨氮的启发,对O₃/CaO₂氧化低浓度氨氮技术展开研究。实验结果表明,O₃/CaO₂共同完成了氨氮的协同氧化,降解效果与·OH密不可分;处理质量浓度为10 mg/L的氨氮时,CaO₂的最佳投加量为80 mg/L;pH对O₃/CaO₂体系氧化氨氮有较大影响,在最佳投加量下不会造成水体pH超标;适宜的反应时间为15 min,此时氨氮去除率达94.87%;氨氮的降解产物与Cl^-和pH有关,硝态氮是主要的降解产物;作用机制可能为O₃在碱性条件下的直接氧化和·OH自由基氧化两种机制,·OH自由基的数量增多及其消耗速率加快可能是其用量、反应时间都优于常用的金属氧化物体系的原因。O₃/CaO₂协同氧化技术有望适用于一些需要对氨氮进行快速氧化的场合,具有广阔的应用前景。     

臭氧催化氧化深度处理造纸废水的试验研究

广东东莞某一家造纸企业污水处理系统的生化池出水具有色度高、难降解的特点。采用臭氧催化氧化工艺深度处理该废水,探究了空速、臭氧投加量以及O₃、H₂O₂物质的量比对COD去除率的影响。通过试验优选出空速为7 h^-1,臭氧投加量为70 g/t,O₃、H₂O₂物质的量比为0.5时,出水COD满足GB 18918-2002一级A的要求,为臭氧催化氧化在造纸废水中的应用提供技术支撑。     

微生物浸出MnO2过程中嗜酸氧化亚铁硫杆菌与Fe3+的催化作用

考察了MnO₂-FeS₂-H₂SO₄细菌浸出体系下,嗜酸氧化亚铁硫杆菌和Fe³⁺单独或联合对MnO₂浸出Mn²⁺的浸出速率影响,并采用循环伏安电化学方法对过程中嗜酸氧化亚铁硫杆菌与Fe³⁺的催化作用进行了分析。结果表明：嗜酸氧化亚铁硫杆菌和Fe³⁺单独或联合都可以有效提高MnO₂浸出Mn²⁺的浸出速率,对MnO₂细菌浸出过程有一定催化作用;循环伏安电化学分析表明嗜酸氧化亚铁硫杆菌和Fe³⁺单独或联合加入,都会使FeS₂出现明显的氧化还原峰,且嗜酸氧化亚铁硫杆菌可以降低FeS₂的氧化电位和缩短FeS₂氧化峰与还原峰之间的电位差,从而催化MnO₂浸出Mn²⁺的过程。     

Catalytic behavior of the Fe/Fe system in the electro-Fenton degradation of the antimicrobial chlorophene

The catalytic behavior of the Fe³⁺/Fe²⁺ system in the electro-Fenton degradation of the antimicrobial drug chlorophene has been studied considering four undivided electrolytic cells, where a Pt or boron-doped diamond (BDD) anode and a carbon felt or O₂-diffusion cathode have been used. Chlorophene electrolyses have been carried out at pH 3.0 under current control, with 0.05 M Na₂SO₄ as supporting electrolyte and Fe³⁺ as catalyst. In these processes the drug is oxidized with hydroxyl radical (OH) formed both at the anode from water oxidation and in the medium from electrochemically generated Fenton's reagent (Fe²⁺ + H₂O₂, both of them generated at the cathode). The catalytic behavior of the Fe³⁺/Fe²⁺ system mainly depends on the cathode tested. In the cells with an O₂-diffusion cathode, H₂O₂ is largely accumulated and the Fe³⁺ content remains practically unchanged. Under these conditions, the chlorophene decay is enhanced by increasing the initial Fe³⁺ concentration, because this leads to a higher quantity of Fe²⁺ regenerated at the cathode and, subsequently, to a greater OH production from Fenton's reaction. In contrast, when the carbon felt cathode is used, H₂O₂ is electrogenerated in small extent, whereas Fe²⁺ is largely accumulated because the regeneration of this ion from Fe³⁺ reduction at the cathode is much faster than its oxidation to Fe³⁺ at the anode. In this case, an Fe³⁺ concentration as low as 0.2 mM is required to obtain the maximum OH generation rate, yielding the quickest chlorophene removal. Chlorophene is poorly mineralized in the Pt/O₂ diffusion cell because the final Fe³⁺–oxalate complexes are difficult to oxidize with OH. These complexes are completely destroyed using a BDD anode at high current thanks to the great amount of OH generated on its surface. Total mineralization is also achieved in the Pt/carbon felt and BDD/carbon felt cells with 0.2 mM Fe³⁺, because oxalic acid and its Fe²⁺ complexes are directly oxidized with OH in the medium. Comparing the four cells, the highest oxidizing power regarding total mineralization is attained for the BDD/carbon felt cell at high current due to the simultaneous destruction of oxalic acid at the BDD surface and in the bulk solution.     

不同堆存时间电解锰渣的理化特性分析

渣场堆存的电解锰渣中含有大量易迁移的锰和氨氮,极易污染周边环境。本文系统研究了不同堆存时间（3个月~10年）电解锰渣的pH、含水率、电导率、金属总量、浸出毒性和化学形态等理化特性,采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）以及X射线光电子能谱（XPS）等分析手段,探察电解锰渣在不同堆存时间下的物相组成、微观形貌、表面电子价态等变化规律。研究结果表明,随着堆存时间增加,锰渣的pH、含水率和电导率下降,可溶性Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Se⁴⁺和NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N浓度降低,其中可交换态和碳酸盐结合态的Mn是Mn元素流失的主要形态。同时,堆存10年的电解锰渣仍存在较大的环境污染风险,其中电解锰渣中的Cu、Cr、Cd、Pb、Zn等金属总量远超广西土壤背景值,Se⁴⁺的浸出浓度是《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3—2007）中浓度限值的11倍,Mn²⁺和NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N的浸出浓度是《污水综合排放标准》（GB/T 8978—1996）一级标准限值的102倍和45倍。不同堆存时间的电解锰渣中锰和氨氮主要以(NH₄)(Mn,Ca,Mg)PO₄·H₂O、(NH₄)₂SO₄、MnSO₄·H₂O、MnCO₃、Mn₂O₃、MnO₂等物相存在,含铁物相主要包括FeS₂、FeOOH、Fe₃O₄和Fe₂O₃等,且电解锰渣中还含有Al₄(OH)₈(Si₄O₁₀)、Al₂Mg₄(OH)₁₂(CO₃)·3H₂O和KAl(SO₄)₂·12H₂O等黏土矿物。此外,随着堆存时间的增加,电解锰渣的平均孔径减小,块状、柱状和绒球形的电解锰渣颗粒交错包裹现象增加,同时Fe(OH)₃胶体颗粒也逐渐转变成FeOOH、Fe₂O₃等含铁物相。本研究成果为电解锰渣无害化处理与资源化利用提供了基础理论支持。     

Fe2+/H2O2体系O2生成路径

掌握Fe²⁺/H₂O₂体系O₂的生成路径,可为避免H₂O₂无效分解,开发经济高效的Fe²⁺/H₂O₂体系利用技术指明方向。采用添加自由基捕获剂的方法,探究Fe²⁺/H₂O₂体系内各种自由基对O₂生成速率的影响,进而确定O₂的生成路径。结果表明:Fe²⁺/H₂O₂体系内不会产生大量O₂^-·,O₂^-·不是生成O₂的主要反应物质;O₂^-·被全部捕获后,体系中仍产生大量O₂^-·,但此时无O₂生成,证明生成O₂的反应由·OH和HO₂·两种自由基直接参与。分析认为反应·OH+HO₂·-H₂O+O₂是体系内O₂生成的主要路径。控制Fe²⁺/H₂O₂体系定向生成·OH,抑制HO₂·的产生,是提高Fe²⁺/H₂O₂体系中H₂O₂利用率的有效手段。     

不同形貌的纳米Mg(OH)2催化臭氧化降解甲硝唑

采用化学沉淀法分别以六水合氯化镁和取自察尔汗盐湖的天然水氯镁石为原料制备了不同形貌的纳米 Mg(OH)₂催化剂,通过扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等手段对所合成的催化剂的表面形貌、晶体结构和表面官能团等性质进行了表征。将两种不同形貌的纳米Mg(OH)₂材料首次应用于催化臭氧化过程,研究了两种不同形貌的纳米Mg(OH)₂[Mg(OH)₂-1和Mg(OH)₂-2]催化剂对甲硝唑的降解和矿化能力。结果表明,在单独臭氧化过程中,反应10min时甲硝唑的降解和矿化效率均较低,分别为51.9%和17.4%,而在臭氧化系统中分别加入Mg(OH)₂-1和Mg(OH)₂-2,甲硝唑的去除效率和矿化效率均明显提高,且Mg(OH)₂-2的催化臭氧化性能要优于Mg(OH)₂-1。另外,单独臭氧化过程、Mg(OH)₂-1催化臭氧化以及Mg(OH)₂-2催化臭氧化过程中甲硝唑的降解均较好地符合伪一级动力学反应模型（R²>0.97）。除此之外,对这两种不同形貌的纳米Mg(OH)₂催化剂的稳定性进行了考察,结果表明,催化剂在循环使用六次后对甲硝唑仍有较高的催化臭氧化去除效率。因此,所合成的两种形貌的纳米Mg(OH)₂催化剂将是一种很有前景的、能用于去除抗生素的臭氧化催化剂。     

Nanosized perovskite-type oxides La1−xSrxMO3−δ (M = Co, Mn; x = 0, 0.4) for the catalytic removal of ethylacetate

Nanometer perovskite-type oxides La_1−xSr_xMO_3−δ (M = Co, Mn; x = 0, 0.4) have been prepared using the citric acid complexing-hydrothermal-coupled method and characterized by means of techniques, such as X-ray diffraction (XRD), BET, high-resolution scanning electron microscopy (HRSEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), temperature-programmed desorption (TPD), and temperature-programmed reduction (TPR). The catalytic performance of these nanoperovskites in the combustion of ethylacetate (EA) has also been evaluated. The XRD results indicate that all the samples possessed single-phase rhombohedral crystal structures. The surface areas of these nanomaterials ranged from 20 to 33 m² g⁻¹, the achievement of such high surface areas are due to the uniform morphology with the typical particle size of 40–80 nm (as can be clearly seen in their HRSEM images) that were derived with the citric acid complexing-hydrothermally coupled strategy. The XPS results demonstrate the presence of Mn⁴⁺ and Mn³⁺ in La_1−xSr_xMnO_3−δ and Co³⁺ and Co²⁺ in La_1−xSr_xCoO_3−δ, Sr substitution induced the rises in Mn⁴⁺ and Co³⁺ concentrations; adsorbed oxygen species (O⁻, O₂⁻, or O₂²⁻) were detected on the catalyst surfaces. The O₂-TPD profiles indicate that Sr doping increased desorption of the adsorbed oxygen and lattice oxygen species at low temperatures. The H₂-TPR results reveal that the nanoperovskite catalysts could be reduced at much lower temperatures (<240 °C) after Sr doping. It is observed that under the conditions of EA concentration = 1000 ppm, EA/oxygen molar ratio = 1/400, and space velocity = 20,000 h⁻¹, the catalytic activity (as reflected by the temperature (T_100%) for EA complete conversion) increased in the order of LaCoO_2.91 (T_100% = 230 °C) ≈ LaMnO_3.12 (T_100% = 235 °C) < La_0.6Sr_0.4MnO_3.02 (T_100% = 190 °C) < La_0.6Sr_0.4CoO_2.78 (T_100% = 175 °C); furthermore, there were no formation of partially oxidized by-products over these catalysts. Based on the above results, we conclude that the excellent catalytic performance is associated with the high surface areas, good redox properties (derived from higher Mn⁴⁺/Mn³⁺ and Co³⁺/Co²⁺ ratios), and rich lattice defects of the nanostructured La_1−xSr_xMO_3−δ materials.     

不同烟气组分对粉状活性焦吸附汞的影响机理

在模拟燃煤热烟气为热源和介质条件下，以准东褐煤为原料，通过一维沉降炉进行炭化活化（一步法）制备粉状活性焦，考察了活性焦对Hg⁰的吸附能力，探索了SO₂、H₂O、O₂、CO₂、H₂O+O₂、SO₂+O₂及H₂O+SO₂+O₂气氛对活性焦吸附Hg⁰的影响机理。结果表明：一步法获得的活性焦对Hg⁰具有较高的吸附性能。N₂气氛作对比，H₂O、H₂O+O₂、CO₂和SO₂气氛下抑制活性焦对Hg⁰的吸附；O₂、SO₂+O₂和H₂O+SO₂+O₂促进活性焦对Hg⁰的吸附。通过Hg 4f的XPS分析证明了不同气氛组成对活性焦吸附Hg⁰的抑制和促进机理。H₂O覆盖在活性焦活性位上和堵塞孔隙而抑制活性焦对Hg⁰的吸附；SO₂与Hg⁰在活性焦上发生竞争吸附而抑制对Hg⁰的吸附；CO₂ 吸附在活性焦微孔上而抑制对Hg⁰的吸附；O₂气氛下主要形成了HgO, SO₂+O₂气氛下Hg⁰被氧化成HgSO₃，进一步氧化成HgSO₄； H₂O+SO₂+O₂气氛下，Hg⁰被氧化成HgO和HgSO₄。