负载型铁酸钴连续流反应器活化过一硫酸盐去除水中有机污染物研究
摘要
有机废水的处理成为水污染亟待解决的问题之一，染料废水由于难降解、色
度高、成分复杂、排放量大等特点成为有机废水处理的难题。硫酸根自由基（SO?-）
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具有氧化性强、半衰期长、适用pH范围广等特点，基于SO?-为主导作用的高级
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氧化技术成为当前水处理研究的热点。过渡金属离子对于活化过一硫酸盐（PMS）
产生SO?-的作用十分显著，现有研究中，CoFeO双金属催化剂具有良好的活化
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PMS效果且能够限制钴离子浸出，在活化PMS处理有机废水方面具有较强的实
用性。为了避免传统间歇催化方式添加纳米级粉剂催化剂复杂的固-液分离过程，
本论文将CoFeO纳米催化剂负载在适宜的载体上，再将复合催化材料填充于反
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应柱中搭建连续流催化反应器，批量处理有机染料水金橙Ⅰ（OⅠ）溶液。主要研究
内容如下：
天然矿物载体复杂的孔隙结构和其中存在的金属元素有利于CoFeO的负
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载和催化。通过共沉淀-浸渍法制备了CoFeO-火山石复合催化材料，研究了煅
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烧温度、煅烧时间和金属盐投加量对催化性能的影响。搭建了CoFeO-火山石
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/PMS连续流催化反应器，大批量处理模拟染料废水金橙Ⅰ（OI），其中进水浓度、
PMS投加量、进水流速、初始pH以及水中存在的阴离子及腐殖酸对反应器处理
效率存在影响。在反应柱内填充50g复合催化材料，初始污染物浓度为10mg/L，
PMS投加量为150μmol/L，进水流速为18.4mL/min时，反应器在240min内运
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行的去除率可在92%以上。SO4和O2作为体系中的主要活性氧物种通过自由基
和非自由基途径主导了水中OI的氧化降解，表面羟基的形成对催化过程有重要
影响，载体表面的双金属之间存在协同作用。
活性炭载体较强的吸附作用和碳材料富电子结构，可协同催化作用活化
PMS氧化去除水中OI，并且可减少催化剂表面的金属离子浸出，提高复合催化
材料的稳定性。采用尿素辅助燃烧法制备了CoFeO-活性炭复合催化材料，从材
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料的稳定性和催化性能角度优化制备方法。在反应柱内填充30g复合催化材料，
初始污染物浓度为10mg/L，PMS投加量为150μmol/L，进水流速为73.6mL/min
时，反应器在240min内运行的去除率可在82%以上，矿化率为47%。相比较
CoFeO-火山石/PMS催化体系，CoFeO-活性炭/PMS催化体系可实现在高流速
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条件下稳定处理批量染料废水。采用响应曲面法优化CoFeO-活性炭/PMS反应
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器运行条件，模型拟合结果为：当OI浓度为17.8mg/L，PMS浓度为200μmol/L，
哈尔滨工程大学硕士学位论文
进水流速为349rpm（107.0