载体硅胶/Mn臭氧化降解硝基苯的流化试验研究

摘 要：文章对载体硅胶/Mn流化降解硝基苯进行了试验研究。试验表明：在催化剂在水中的流化气速是0.3m3/h，且流化后催化剂磨损较少；在添加气体分布板后，空气对硝基苯吹脱作用减弱；与未流化条件相比，催化剂对硝基苯的去除效率平均提高10%左右。

关键词：载体硅胶；硝基苯；流化

1 实验部分

1.1 废水来源及水质

硝基苯模拟废水是在纯水中加入定量的硝基苯配制而成，硝基苯浓度在500mg/l左右。

1.2 实验材料及仪器

主要仪器：臭氧发生器型号为NPA10，分光光度计722E。

主要试剂：硝基苯（分析纯）、硫酸氢钾、无水碳酸钠、亚硝酸钠、氨基磺酸铵、锌粒。

1.3 试验过程及方法

核心部件为直径为10cm有机玻璃反应柱，底部装有开孔挡板，用于装载催化剂，并设有进水口、出水口和采样口。试验过程是先向反应器中加入一定量催化剂和模拟废水，启动臭氧发生器，以一定速率通入臭氧，并开启进水口阀门，定时取样，确定硝基苯降解情况。

2 结果与讨论

2.1 负载过渡金属催化剂的制备和优化

前期实验得出，将载体硅胶[1]催浸入10%（以金属元素重量计）硝酸锰溶液，浸渍24h。取出后在室温下晾干，放入烘箱中在85℃下烘干12小时，在500℃温度下焙烧6小时，在50℃老化2小时后自然冷却至室温，用蒸馏水反复冲洗干净，放置通风处晾干备用。在浸渍时，对比了不同浸渍条件载体硅胶负载锰的效果，将载体硅胶分别在常温下浸渍8小时、在50℃下浸渍8小时和常温浸渍24小时，烘干称得各增重0.3037 、0.3903和0.6199g，可以看出，浸渍时，升高浸渍温度能提高负载量，可能是温度升高可以增加化学反应速率和表面活性，加速负载。

2.2 载体硅胶/Mn催化剂流化条件和损失

催化剂在发生器中流化起来，可以增加与水样和臭氧[2]的接触时间，提高处理效率，同时因催化剂布满整个反应器，不同位置水样处理效果相近，而且，流化起来的催化剂可以加速气泡的破裂，有利于增加臭氧与催化剂的接触面积和臭氧的溶解；本次试验以负载Fe的催化剂为例，进行试验。试验所使用反应器为直径10cm圆柱状有机玻璃器，底层设有十字状通气管，管上共有直径为1mm的气孔32个。将反应器装满水，水深76cm，然后调节气泵流量。经观察，气泡直径一般在2cm以下，且随着气泡上升，其直径有些许变大，当流量为0.3m3/h时，气泡径向变化比较大，气泡速度由中间向四壁逐渐变小，而且有气泡不断破碎和不断聚合的过程。具体数据如表1。

在底部添加了开孔率为8.3%、直径为1mm的气体分布板，气泡在未完全混合前，气泡速度非常快，气泡连续出现，直径大概为1cm左右，螺旋上升，完全混合后，气泡直径在0.1到0.5cm不等，气泡破碎和聚合比较明显，特别是随着气量的增加，返混和聚合现象会越来越明显。在加入催化剂后，在气体流速为0.1m3/h时，载体能被吹起，开始流化，但由于气体在分布板分布时只有4个气孔随机出气，导致一部分载体会在底部沉积。在气体流速为0.3m3/h时，载体流化效果较好。

对催化剂进行实验前后的重量比较，方法是实验前在烘箱中50℃保持1h，5次试验后再在烘箱中50℃保持1h，损失保持在1%以下，所以，催化剂比较耐用。

2.3 空气吹脱作用对臭氧氧化硝基苯过程的影响

在未添加气体分布板时，20Min在出口气量为0.2m3/h时达到12.5%， 0.3m3/h时达到24%，在底部添加了分布板后0.3m3/h空曝的效果同步减少了10%左右，这说明气体的返混和气泡破碎的加剧，减弱了空曝对硝基苯去除处理的影响。

2.4 O3/Mn/载体硅胶催化剂流化与未流化对硝基苯的降解效果

由图1可知，流化条件下的硝基苯去除率均高于未流化条件，在流化条件下，催化剂对硝基苯的去除效果随接触时间的增加而增加，当催化剂处理时间为30Min时，催化剂对硝基苯的去除效率为64%，与未流化条件相比，催化剂对硝基苯的去除效率平均提高10%左右。

3 结束语

通过试验得出催化剂在水中的流化气速是0.3m3/h，且流化后催化剂磨损较少；在添加气体分布板后，空气对硝基苯吹脱作用减弱；与未流化条件相比，催化劑对硝基苯的去除效率平均提高10%左右。

参考文献

[1]韩晓昱，姜飞，等.催化剂用载体硅胶孔隙特性分析[J].石油与天然气化工，2011，40（6）：556-558.

[2]刘云兴，迟晓德.化学法处理氯代有机物的应用研究[J].科技创新与应用，2013，21：57.

作者简介：卢查根（1986-），男，工程师，主要从事环境保护监测工作。