催化濕式氧化法降解水中的β-萘酚
摘要:采用催化濕式氧化法降解β-萘酚,制備了一系列MnOx/nano-TiO2催化劑,對其制備條件、反應條件及催化劑的穩定性進行了研究,同時對催化劑進行了X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)及程序升溫還原(TPR)等表征。結果表明,Mn負載量過高時,高分散的MnO2和Mn2O3聚集形成相應的晶相,導致了β-萘酚COD去除率的降低;焙燒溫度過高時,可能是因為形成較多活性較差的Mn2O3,MnO2和Mn2O3之間的電子傳遞作用被削弱,造成COD去除率的降低;催化劑使用6次后COD去除率略微降低可能是和對應的衍射峰峰強度下降有關。當Mn負載量(質量分數)為4%、焙燒溫度為450℃時所制備的MnOx/nano-TiO2催化劑活性較好,其在反應溫度為110℃、反應總壓力為0.5MPa的條件下催化β-萘酚降解時COD去除率可達96.4%。該催化劑重復使用6次后β-萘酚COD去除率仍可達92.4%。采用原子吸收光譜(AAS)分別測定50、80、110及150℃時反應后溶液中Mn的溶出量,均低于9.3mg·L-1,催化劑穩定性較好。根據文獻對β-萘酚的降解路徑進行了推測。
關鍵詞:MnO2;Mn2O3;納米TiO2;β-萘酚;催化濕式氧化
β-萘酚是一種重要的有機化工原料和染料中間體,它在染料、醫藥、農藥及高分子等行業中有著廣泛的應用,可用于制備2,3酸、吐氏酸,也可用于制備萘普生、萘丙胺及橡膠防老劑等物質。β-萘酚在生產環境中主要以粉塵、氣溶膠形式存在,可引起接觸性皮炎袁并可經皮膚、呼吸道及消化道吸收等引起全身中毒,可導致腎損傷、腹痛及循環系統病變。β-萘酚常規的處理方法有物理法、生物法、光催化法、超臨界氧化法及過氧化氫氧化法等。物理法不宜處理成分復雜的廢水,而生物法需要較長的停留時間且不適于處理毒性較大的廢水。后3種方法相對來說運行成本較大。
催化濕式氧化法(catalyticwetairoxidation,CWAO)以空氣或氧氣作為氧化劑,在催化劑的作用下將大分子的有機污染物降解為CO2、H2O或者可生物降解的小分子化合物。它是一種物理-化學過程,容易控制。可以無選擇地與廢水中的任何污染物反應,不會產生二次污染。使用合適的催化劑可使其操作壓力<3MPa,操作溫度<200℃,且能提高目標物降解效率、縮短反應時間。
經過文獻調研,發現采用CWAO降解β-萘酚的研究報道較少。本研究制備了系列MnOx/nano-TiO2催化劑,并對其進行XRD、XPS及TPR等表征。溫和條件下,該催化劑在催化氧化降解β-萘酚水溶液時體現了優異的催化活性,并對其穩定性進行了研究。

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