论文总字数：19615字

摘 要

随着现代工业的不断发展，水污染的排放物仅仅是微量也会对环境造成严重的危害。通过各种水处理的催化氧化研究，已有研究者证实二价钴可作为激活过氧硫酸氢钾复合盐(PMS)产生氧化有机化合物的硫酸自由基的高效催化剂。非均相催化剂由于其容易分离、容易回收、可以循环使用、性能良好等优点，成为催化氧化领域中应用和研究的重点催化剂，具有良好的应用前景。金属氧化物催化剂由于其高活性及稳定性，能氧化一些很难降解的有机物，也是一直以来的研究热点。

本实验通过不同条件下苯酚降解速率的比较，研究不同催化剂对苯酚降解速率的影响程度。由制备的钙钛矿金属氧化物SrCo_0.6Ti_0.4O_3-δ与传统的金属氧化物Co₃O₄对比，研究在非均相类Fenton体系下对苯酚的降解。

本实验首先采用溶胶凝胶法制备得到无机钙钛矿材料SrCo_0.6Ti_0.4O_3-δ (SCT_0.4)，以苯酚为目标污染物来研究其对有机污染物降解过程的催化性能。经过与Co₃O₄催化性能的对比，我们发现SCT_0.4具有较高的催化特性。通过对比温度、苯酚浓度、催化剂加载量及PMS加载量对苯酚降解速率的影响，得出此反应的最佳反应条件为：C(phenol)=20 mg/L (500mL)，m(catalyst)=0.05 g，m(PMS)=1.0 g，T=25 ⁰C。此外，我们也对回收的催化剂进行了稳定性和重复性的研究，并通过ICP及TOC检测溶液中金属离子的残留量及总有机碳含量对比，结果表明经过三次循环后SCT_0.4的催化性能有所钝化，但仍具有较高的催化性能，有较好的应用前景，可以继续研究并优化以便用于工艺开发。

关键词：SrCo_0.6Ti_0.4O_3-δ 类Fenton法 苯酚降解 非均相催化剂

Abstract

With the continuous development of modern industry, pollution emissions, even trace amounts can also cause great harm to the environment. By studying the catalytic oxidation of various water treatment, researchers have confirmed as divalent cobalt peroxide activated potassium hydrogen sulfate complex salt of sulfuric acid oxidation of organic radicals efficient catalysts. Heterogeneous catalysts have become key catalysts in research and development with practical application of focused and good prospects. Due to its highly activity and stability, metal oxides was used to oxide refractory organics, which has been a hot research.

In this study, by comparing the rate of phenol degradation under different conditions, we can study the influence of phenol degradation rate with catalyst. Compared with the traditional metal oxide Co₃O₄, we studied phenol degradation in Fenton-like system with prepared SrCo_0.6Ti_0.4O_3-δ.

The inorganic perovskite material SrCo_0.6Ti_0.4O_3-δ (SCT_0.4) was prepared by sol-gel at this experiment first. As a target pollutant, phenol was used to study the catalytic performance of organics degradation. It was found that SCT0.4 has higher catalytic property, compared with Co₃O₄. By comparing the effect of temperature, phenol concentration, catalyst loading and PMS loading on the rate of phenol degradation, the optimum reaction conditions for the reaction is: C (phenol) = 20 mg/L (500 ml), m (catalyst) = 0.05 g, m (PMS) = 1.0 g, T = 250 C. Moreover, we also studied the stability and repeatability of the reused catalyst. And by the comparison of metal ions leaching and total organic carbon content detected by ICP and TOC instruments, the results showed that the catalytic performance of SCT_0.4 was still higher but a little passivation after three cycles, which indicates that SCT_0.4 has good application prospect, can continue to study and optimization for process development.

Keywords: SrCo_0.6Ti_0.4O_3-δ; Fenton-like; phenol degradation; heterogeneous catalysts

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2生物难降解有机污染物的综述 1

1.3酚类有机污染物的特点 2

1.3.1 酚类有机污染物的来源及其毒性 2

1.3.2 酚类有机物质的处理方法 2

1.3.3 苯酚的物理化学性质 3

1.4高级氧化技术 3

1.4.1 芬顿反应 3

1.4.2 过硫酸盐反应 4

1.5金属氧化物在非均相催化氧化技术中的应用 4

1.6钙钛矿型催化剂及其研究方向 5

第二章 实验部分 6

2.1实验药品与仪器 6

2.1.1主要实验药品 6

2.1.2主要实验仪器 6

2.2实验过程 7

2.2.1制备粉体过程 7

2.2.2反应及取样过程 9

2.3检测液相过程 9

2.4样品性能测试 10

第三章 结果与讨论 14

3.1 煅烧后的SCT_0.4形貌特征 14

3.2 不同反应物质对苯酚降解速率的影响 15

3.3 不同浓度的苯酚对苯酚降解速率的影响 16

3.4 不同量的PMS对苯酚降解速率的影响 17

3.5 不同反应温度对苯酚降解速率的影响 18

3.7 反应前和回收后的SCT_0.4的XRD图谱分析 20

3.8 不同循环次数下的催化剂对苯酚降解速率的影响 21

本章小结 22

第四章 结论与展望 23

4.1结论 23

4.2展望 24

参考文献 25

致 谢 29

第一章 文献综述

1.1引言

化学工业已经在我们的生活不可或缺，但化工厂所排放出的废水大多都是难降解的成分复杂物质，给我们的健康和环境带来了巨大的危害。为了解决这一问题，我们需要一种优良的水处理方法。在众多水处理方法中，高级氧化技术受到了国内外学者的青睐和关注，成为废水处理技术中的热门技术。

水性有机污染物，从自然过程，工业活动，和家庭排出，并且不利于人体健康和生态环境。废水中的重要的有机污染物之一，苯酚被广泛用于许多工业工艺，如化学，石油化工和制药行业。此外，苯酚和酚类化合物是不仅在低浓度也能抗自然降解，而且毒性大，因此开发有效的策略从水中去除酚的需求很高。在过去几年，高级氧化技术已被广泛由于有机物完全分解的有前途的功能应用。作为典型的高级氧化反应之一，芬顿反应已经证明了产生羟基自由基是彻底清除污染物的高效反应。为了克服芬顿反应的局限性，如低pH值3-4，大量污泥产生和金属浸出，硫酸根被引入作为替代羟基，硫酸自由基基团可以在均相和多相钴催化中被有效地激活，由于金属浸出而导致的二次污染问题因而可以最小化。然而，对于钴催化，没有异构反应可以完全防止钴浸出，这可能导致严重的健康问题，因此，采购新型活化剂PMS是对环境整治的关键。

1.2生物难降解有机污染物的综述

生物难降解有机污染物指的是很难利用微生物降解并且消耗时间较长，生物处理技术效果不佳的有机污染物，例如多环芳香烃、有机氯杀虫剂、多氯化合物、邻苯二甲酸及护理类化合物^[1-3]。他们在世界各地的污染程度受到了越来越多的关注^[4] 。因此，有效地处理这些很难利用生物降解的有机物，是水污染防治领域的重要难题。近年来，作为个人药品及护理用品（PPCPs)的生产原料，其使用量迅速增加，因此它们难以生物降解，所以它们在水、土壤和大气环境中都有大量的残留^[5]。但是直到1990年，它们才被看作是一种环境污染物，从而才被世界的研究学者广泛关注。在污水处理的过程中，这些物质被部分或全部吸附在活性大的污泥上，通过污泥回收可以继续在农业领域中使用。目前研究表明，PPCPs已对人类、动植物及微生物的生存有着严重的潜在危害 ^{[6, 7]}。

1.3酚类有机污染物的特点

1.3.1 酚类有机污染物的来源及其毒性

酚类有机污染物，其来源主要是有机化学工业中酚醛树脂生产中所产生的废水、炼油厂的炼油废水、焦化厂的焦化废水等。工厂每产生一吨热塑性的酚醛树脂，就会排放出0.75吨的含酚废水，其浓度大约为几万毫克每升，如果不经过处理直接排放到水中，会对环境产生很大的污染^[8]。

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