催化剂对刚果红催化剂降解性能的研究

本科毕业论文（设计）Cu/Al2O3 催化剂对刚果红催化剂降解性能的研究学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2014 年 06 月 12 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计） ，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 I 页目录摘要 .III关键词: .IIIAbstract.IVKeywords:.IV第一章 前 言 .11.1 有机染料概况 .11.2 有机染料废水的处理方法 .21.2.1 半导体多相光催化氧化法 .21.2.2 新型材料及活性炭吸附法 .31.2.3 高级氧化技术法（AOPs) .51.3 催化剂的合成方法 .81.3.1 沉淀法 .81.3.2 水热法 .91.3.3 溶胶-凝胶法 .9第二章 实验部分 .122.1 实验主要仪器 .122.2 实验主要试剂 .122.3 实验设计 .132.4 实验机理和测试方法 .132.4.1 反应机理 .132.4.2 催化剂的制备 .142.4.3 催化性能的评价 .14第三章 结果与讨论 .153.1 对催化剂中活性物质 Cu 的含量分析 .153.2 时间和温度对催化活性的影响 .153.3 H2O2 用量对催化降解体系的影响 .18贵州大学本科毕业论文（设计） 第 II 页3.4 实验结论 .19参考文献 .20致谢 .22贵州大学本科毕业论文（设计） 第 III 页Cu/Al2O3 催化剂对刚果红催化剂降解性能的研究摘 要有机染料废水成为目前世界公认的主要工业污染源之一，对有机染料的降解越来越引起人们的重视，这些染料废水具有废水成分复杂、颜色深、排放量大，常常含有难降解有毒有机污染物，有些甚至是致癌、致突变、致畸的有机物，给环境带来巨大威胁。因此，人们把目光都集中到对有机染料处理研究问题。随着偶氮类染料的广泛应用，如偶氮化合物，刚果红就是典型的双偶氮类化和物，偶氮类染料在纤维的染色、印花以及其他一些材料的着色方面得到了广泛应用，它是目前纺织品在印染工艺中最为常用的一类合成染料。在常温常压下，固体催化剂对刚果红催化降解性能的研究，探索其有效处理染料方法成为目前研究方向之一。本文采用了浸渍法制备了负载型Cu/Al2O3 催化剂，并以刚果红染料为研究对象进行催化湿式过氧化氢氧化处理，考察了负载量对 Cu/Al2O3 催化剂的催化活性和稳定性。结果表明：Cu 负载量为 2%,H2O2 为氧化剂，Cu/Al 2O3 为催化剂，在室温为 25 度下具有较好降解效果，反应 15min 后降解率高达 92%。关键词：Cu/Al 2O3 催化剂 浸渍法 刚果红 降解率 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 IV 页Cu/Al2O3catalyst for Congo red degradation performance AbstractOrganic wastewater become recognized as one of the worlds major industrial sources of pollution, degradation of organic dyes more and more people pay attention to these complex dye wastewater with wastewater composition, color depth, emissions from large, often contain toxic and biodegradable organic pollutants some are even carcinogenic, mutagenic, teratogenic organics huge threat to the environment. Therefore, people have their eyes focused on the question of organic dyes processing research. With the wide application of the azo dyes, such as azo compounds, Congo red is a typical bisazo Compounds, azo dyes in the dyeing, printing and coloring some of the other fiber material has been widely applied, It is currently in the textile dyeing process most commonly used class of synthetic dyes. Study the degradation of dyes and other catalytic oxidation degradation of the indicator system of universal reference value. So explore effective treatment methods have become a hot topic in todays domestic and foreign scholars. In this paper, the Cu/Al2O3 supported catalysts prepared by impregnation, and Congo red dye catalytic wet peroxide oxidation treatment for the study to investigate the loading on the catalytic activity and stability Cu/Al2O3 catalyst. The results showed: Cu loading of 2%, H2O2 as oxidant, Cu/Al2O3 as catalyst, preferably at room temperature with 25 of degradation, the degradation rate of the reaction after 15min 92%.Keywords: Cu/Al2O3 catalyst impregnation method Congo red Degradation rate1百手起驾 整理为您第一章 前 言1.1 有机染料概况纺织印染工业作为中国具有优势的传统支柱行业,是一个用水量大、废水有机物含量高、污染高的行业。纺织印染工业排放的织布废水、印花废水、丝光废水、漂白废水、染色废水、整理废水等对环境造成了极大的污染。据统计,我国日均排放印染废水量为 3000-4000 千吨,是各行各业中的排污大户。尤其是近几年,随着印染加工技术的进步和染料工业的发展,染料结构的稳定性得到了大大的提高,再加上各种新型助剂的不断使用,使得印染废水中包含有大量难生化降解的有机物,大大增加了印染废水的处理难度。因此,开发经济有效的印染废水处理技术已成为当今环保行业关注的课题。印染废水处理新技术的开发对于环境保护、生态平衡的维持起到极其重要的作用。染料废水成为世界公认的严重工业污染源之一,它排出的废水成分复杂、颜色深、排放量大，常常含有难降解有毒有机污染物，有些甚至是致癌、致突变、致畸的有机物.刚果红是众染料的一种，刚果红是一种偶氮类有机染料，偶氮类染料在纤维的染色、印花以及其他一些材料的着色方面得到了广泛应用，它是目前纺织品在印染工艺中最为常用的一类合成染料。偶氮类是偶氮基两端连接芳基的一类有机化合物，具有色谱齐全、色光良好、染色牢固、光致变色等特点 1-4。偶氮类染料的化学性质相对稳定，故其废水成分比较复杂，难以彻底降解。未经过处理的废水直接排放到河流、湖泊中会造成水体严重污染，导致水生环境急剧恶化。因此，对于治理水污染和保护水环境而言，研究出不产生第二次污染、经济高效的方法治理偶氮类染料的课题，对研究刚果红降解性能，对降解偶氮类有机染料有较高的参考价值。NNNH2SH2N SOO OONa Na2百手起驾 整理为您图一、刚果红的分子结构式sodium 3,3-(1E,1E)-1,1-biphenyl-4,4-diylbis(diazene-2,1-diyl)bis(4-aminonaphthalene-1-sulfonate)图 2、刚果红 3D 模型1.2 有机染料废水的处理方法随着印染工业的发展,印染废水已成为水系环境的重要污染源之一，由于印染废水的成分非常复杂，有机含量高，色度大等特点，传统的物理办法已经不能够满足印染工业发展的步伐，由于染料分子基本都含有苯环，使用化学和生物等降解方法不仅成本较高而且难以取得较佳效果，因此其推广应用也受到限制。随着国家和社会对环境保护要求的日益重视和对可持续发展的要求，传统的处理方法已越来越难以满足生产和环保的要求。20 世纪 80 年代后期，尤其推动了光催化化学的发展，该方法为人们解决水污染治理行之有效的途径。目前国内常用的降解方法有：半导体多相催化氧化法、等离子技术法、化学混凝法、新型材料及活性炭吸附法，超声波降解法、膜分离技术、高级氧化技术法（常用的高级氧化技术包括湿式氧化法、超声波氧化法、超临界水氧化法、电化学氧化法、Fenton 试剂氧化技术、臭氧氧化技术等） ，生物处理法等 5-21。1.2.1 半导体多相光催化氧化法 半导体多相光催化氧化法是用半导体材料为催化剂，半导体材料之所以具有光催化氧化能力，是由于它的能级结构所决定的，半导体的晶粒内含有能带结构，其中能3百手起驾 整理为您带结构由由一个充满电子的低能价带( valent band, VB) 和一个空的高能导带( conduction band, CB) 构成, 价带和导带之间由禁带分开, 该域的大小称为禁带宽度, 其能差为带隙能, 半导体的带隙能一般为 0.2-0.3eV.当能量等于或大于带隙能的光照射到半导体表面，价带中的电子被激发，价带中的电子越过禁带进入到导带中。同时价带中产生一个空穴，即生成电子-空穴对。光生空穴具有极强的氧化能力，同时吸附在半导体表面的 OH- 和 H2O 被空穴氧化，生成具有氧化性的OH.该羟基具有极强氧化性，能够氧化有机物生成 ,C2和而导带中的电子具有还原性，可与水中的 反应生成 ,进而与 结合生成 ,2O2最终生成具有氧化性的羟基，氧化有机物生成无毒物质。半导体多相光催化氧化法光催化氧化技术是一种高效、低能耗、洁净、无二次污染的技术。我们需要从以上几个方面入手, 以经济合理与切实可行为原则逐步向生产和生活实际靠近, 为半导体多相光催化在生产和生活中的实际应用奠定可靠的基础。1.2.2 新型材料及活性炭吸附法活性炭吸附法是应用比较早的方法，吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的缓慢作用过程。吸附是一种界面现象活性炭吸附法，其与表面张力、表面能的变化有关。引起吸附的推动能力有两种，一种是溶剂水对疏水物质的排斥力，另一种是固体对溶质的亲和吸引力。废水处理中的吸附，多数是这两种力综合作用的结果。该法对去除水中溶解性有机物非常有效， 但它再生比较困难，处理成本较高，因此应用面窄，一般可用于浓度较低的染料废水处理或深度处理，工艺上具有投资小,方法简便易行、处理效果显著的优点,适合中小型印染厂废水处理。近年来，很多科学家通过对活性炭吸附过程的进一步深入了解，在吸附机理和活性炭预处理技术方面都取得了很大的进展。1.活性炭吸附法活性炭吸附法是目前最有效方法之一，对于印染工业，活性炭能有效去除废水中的活性染料、酸性染料、碱性染料、偶氮染料。活性炭在吸附水溶性染料时吸附率高，但不能吸附悬浮固体和不溶性染料，由于活性炭是一种多孔性物质，且具有较大的表面积，因此 G.M.Walker 等研究了三种酸性染料在活性炭上的吸附行为! 发现只有 14%的比表面积发挥了吸附作用，一方面原因是由于存在多分子层的吸附， 另一方面原因4百手起驾 整理为您是活性炭中很多微孔孔径太小，不能吸附染料大分子，同时 TaimaiHisashi 等也证实了中孔较多的活性炭易吸附染料分子，主要原因是中孔不仅对吸附有贡献，同时也为吸附质的扩散提供了宽敞的通道( 这就启发我们可以在活化方法上争取扩大微，使之可以容纳大分子，为活性炭在染料废水中有更广泛的应用，使活性炭具有更大的发展前景。同时活性炭的再生比较困难，成本较高是限制活性炭吸附法使用的一大原因，因此高活性炭再生技术，循环利用活性炭降低成本是今后研究的重点。同时，鉴于活性炭处理的特殊性质，将其和其他化学试剂及与其它方法耦合，处理染料废水效果更好。因此，现在很多有关活性炭吸附法处理染料废水的报导不断推陈出新，有着良好的发展前景。2.树脂吸附法吸附树脂具有活性炭那样的吸附能力, 又比活性炭、离子交换