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对苯二甲酸(TA)是一种石油化工产品,广泛应用于工业生产,在自然条件下不易降解且具有累积效应[1-2]。目前,含TA废水处理方法主要包括生化处理法和物化处理法,生化处理法有膜生物反应器法[3]、好氧生物法[4]以及厌氧生物法[5-6]等;物化处理法包括吸附法[7]、过滤分离法[8]以及催化臭氧氧化法[9]等。催化臭氧氧化法与其他方法相比,具有操作简单、反应时间短、降解效果高和成本低等优点[10-15]。催化臭氧氧化法可将TA高效氧化,但在非均相条件下,活性组分易团聚,活性位点不能充分利用,严重制约了催化活性。而载体表面性质会影响活性组分的分散状态,因此,寻找新型载体材料非常重要。
LOPES等[16]研究发现,(Mn,Cu)/TiO2-CeO2催化剂降解苯酚类污染物有很高的活性。王宇轩等[17]研究发现,CuO和活性炭催化过硫酸盐产生的
${\rm{SO}}_4^{-} $ ·降解活性艳红X-3B燃料显示出较好的活性和重复利用性。张坤等[18]研究发现,Y2O3/WO3降解综合废水,催化剂具有较高的催化活性。陈坦等[19]研究发现,CuO活性组分能很好地分散在HZSM-5载体上,达到提高芳烃收率的目的。SASIDHARAN等[20]研究发现,在H2O2水溶液作用下,TS-1与Ti-ZSM-22、Ti-β等硅酸盐相比,氧化醚生成内酯或羧酸实验性能最佳。刘艳芳等[21]研究发现,改变臭氧投加量和停留时间2个影响因素,优化Cu/Y-TS-1催化臭氧去除COD、DOC及NH3-N的效率,取得了较好的实验结果,但降解过程和降解机理有待进一步研究。本实验采用浸渍法制备CuO-Y2O3/TS-1臭氧催化剂,以TA为研究对象,构建非均相催化体系,通过考察臭氧通量、单金属与双金属催化剂、不同比例浸渍液浓度及初始溶液pH等因素对降解TA效果的影响,深入探讨了催化剂的循环稳定性及催化臭氧降解TA机理。本研究通过制备CuO-Y2O3/TS-1,实现高效降解TA的目标,并详细论述了对降解TA的机理,为降解工业废水中TA的研究和应用提供了参考。
CuO-Y2O3/TS-1催化臭氧降解对苯二甲酸的机理
Mechanism of terephthalic acid degradation by CuO-Y2O3/TS-1 catalyzed ozone
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摘要: 针对对苯二甲酸(TA)水污染问题,通过浸渍法制备CuO-Y2O3/TS-1催化剂,利用XRD、SEM、FT-IR、XRF等手段表征催化剂结构、形貌及骨架结构;构建非均相体系催化臭氧氧化降解对苯二甲酸(TA),考察催化剂的催化性能。结果表明:当Cu(NO3)2·3H2O和Y(NO3)3·6H2O浸渍液浓度均为0.5 mg·L−1、臭氧通入量为6.3 mg·min−1、催化剂投加量为1.0 g和pH=9.0时,反应30 min后,TA降解率高达99.8%。经5次循环后,TA降解率仍稳定在98.2%。进一步研究表明,CuO-Y2O3/TS-1催化臭氧降解TA实验符合一级反应动力学方程。
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关键词:
- 浸渍法 /
- CuO-Y2O3/TS-1 /
- 催化臭氧化 /
- 降解TA /
- 机理
Abstract: Aiming at the water pollution problem of terephthalic acid (TA), a kind of CuO-Y2O3/TS-1 catalyst was prepared by impregnation method. Its structure, morphology and framework structure were characterized by XRD, SEM, FT-IR and XRF. Then a heterogeneous system was built to catalyze ozone oxidation and degrade terephthalic (TA) acid, to investigate the catalytic performance of the catalyst. The results showed that the degree of TA degradation was as high as 99.8% at 30 min reaction when the concentrations of Cu(NO3)2·3H2O and Y(NO3)3·6H2O impregnating solution were both 0.5 mol·L−1, the ozone flux was 6.3 mg·min−1, the catalyst dosage was 1.0 g, and pH was 9.0. After 5 cycles of reusing catalyst, TA degradation rate was still remained at 98.2%. Furthermore, ozone treatment of TA with CuO-Y2O3/TS-1 catalyst accorded with the first-order reaction kinetics equation.-
Key words:
- impregnation method /
- CuO-Y2O3/TS-1 /
- catalytic ozonation /
- TA degradation /
- mechanism
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表 1 测试样品CuO-Y2O3/TS-1的BET参数
Table 1. BET parameters of CuO-Y2O3/TS-1 test sample
测试样品 比表面积/(m2·g–1) 孔容/(mL·g–1) 孔径/nm TS-1 484.458 0.339 0.524 CuO-Y2O3/TS-1(Cu∶Y=0.5 mol·L–1∶0.5 mol·L–1) 489.260 0.317 0.545 CuO-Y2O3/TS-1(Cu∶Y=1 mol·L–1∶1 mol·L–1) 468.601 0.307 0.524 -
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