高温气流催化氧化再生吸附剂的机理和过程模拟研究

以典型难生物降解染料污染物为吸附对象，对高温气流催化氧化再生吸附剂的机理和过程模拟进行研究，具体内容为：（1）高温气流催化氧化再生的催化机理研究：在研究催化吸附剂吸附污染物的过程、污染物的裂解过程和氧化过程的基础上，提出催化机理，得到微观动力学方程；（2）高温气流催化氧化再生过程的宏观动力学研究：建立宏观催化氧化反应动力学模型，测定动力学数据、热质传递数据等，然后综合确定模型参数；（3）高温气流催化氧化再生的反应器模型和过程模拟研究：建立再生反应器模型，将其与宏观动力学模型和微观动力学方程进行耦合得到高温气流催化氧化再生过程模型，数值求解模型并用计算机进行过程模拟、过程分析和再生工艺参数优化等；（4）建立高温气流催化氧化再生过程的气-固相催化理论体系。本项目研究工作的完成将进一步发展气-固相催化理论和废水处理技术，推动和促进吸附法应用于有机废水的处理，为难降解有机废水的处理提供新途径。

催化氧化法再生吸附剂是一种易实现、适用性广的再生方法，但目前对其的研究较少。而且针对各种再生方法的再生机理研究和动力学研究也很少。对此，本项目对耐高温的吸附-催化剂进行研制并应用于废水的吸附-高温气流催化氧化再生中，并研究其催化氧化机理、再生动力学、催化氧化再生的反应器模型和过程模拟。 . 制备了CuO/海泡石、Co-Fe/海泡石、Ce-Ni/海泡石、La-Ni/海泡石、NiO/海泡石等体系，这些催化剂体系是优良的吸附-催化剂，对染料的吸附量较大，在高温气流下具有良好的催化性能，在较短的再生时间内(15min), 催化剂的再生率在74-112.9 %之间，催化剂再生之后能重复使用。再生时电子从催化剂转移至染料并在热作用下引发自由基，自由基和染料及氧之间发生反应产生更多的自由基，染料的苯环侧链首先发生断裂产生CH及甲酸盐物种，然后是侧链的N基断裂，形成了NO和硝酸盐。再生过程形成的甲酸盐物种中的羰基碳带正电，提供了一个亲核位，有利于和催化剂表面的亲核氧物种发生反应。. 以NiO/海泡石吸附亚甲基蓝并进行高温气流催化氧化再生为例，进行了再生过程动力学研究。通过热重分析获取动力学数据，根据动力学数据确定了再生反应级数、指前因子和活化能，得到了微观动力学方程。同时，以传质理论和化学反应动力学为基础，以关键组分氧气为研究对象，根据物料衡算，建立了球形宏观动力学模型。. 对吸附柱内吸附饱和的吸附剂的催化氧化再生过程建立了固定床反应器的扩散模型，与单个球形颗粒的反应模型耦合，得到了高温气流催化氧化再生过程模型。采用matlab语言对过程模型编程进行数值求解，其中球形颗粒模型方程用matlab语言中的库函数pdepe()编程求解，反应器模型方程使用Crank-Nicolson方法进行离散化，调用matlab中的库函数fsolve()函数进行求解，模拟结果表明，计算值与实验值吻合较好，最大相对误差仅为17%。同时，利用所建立的模型对高温气流催化氧化再生过程进行了初步地分析，获得了一些有益的结果。