赤泥基催化剂性质与结构的调控及其对酚类污染物的催化降解特性

There are a quantity of oxides and complex salts of iron, aluminium, titanium, etc. in red mud. This foreshadows probable catalytic performances of red mud. The exploration of the study, catalytic degradation of phenolic pollutants from coke plants wastewater using catalysts of modified red mud, is necessary for resource utilization of red mud. The key of improving catalytic efficiency is enhancement of catalytic components activity. This project is focused on exploring new methods of enhancing catalytic activity based on regulation of carbon dioxide and sulfur dioxide and multifield coupling intensification. Activation behaviors of iron base components, aluminium base components, titanium base components, manganese base components etc. from red mud with nonlinear kinetics mechanisms by carbon dioxide and sulfur dioxide will be investigated under multifield coupling intensification by the fields of electric power, temperature, flow, etc. According to this study, regulation modes of property and structure will be established. Catalytic effect and reaction principles of oxidative degradation of phenolic pollutants by perhydrol, persulfate and ozone will be exploited under modified red mud base catalysts. In addition, the reliability of the catalysts will be investigated. According to above research findings, prediction models about catalytic degradation of phenolic pollutants using modified red mud base catalysts will be established under multifield coupling intensification.

赤泥中含有大量铁、铝、钛、锰等金属氧化物和复盐，具备潜在的催化性能。开展赤泥基催化剂催化降解焦化废水中酚类污染物的研究是一种新的赤泥资源化利用方式的探索。提高赤泥中催化组分的活性是增强赤泥催化效率的关键。项目提出二氧化碳、二氧化硫调控和多场耦合强化相结合的新思路，探索提高赤泥催化活性的新方法。系统研究电场、温度场、流场等多场耦合强化二氧化碳、二氧化硫作用下赤泥中铁基组分、铝基组分、钛基组分、锰基组分等的活化行为及非线性动力学机制，建立赤泥性质和结构的调控模式。研究赤泥基催化剂对过氧化氢、过硫酸盐及臭氧等氧化酚类污染物的催化效果和反应机理，探讨催化剂的稳定性，并建立多场耦合强化赤泥基催化剂应用于催化降解酚类污染物的预测模型。

赤泥是铝土矿炼制氧化铝过程中产生的固体废弃物。鉴于现有技术在赤泥的资源化利用、附加值提升、二次污染防治以及经济可行性等诸多方面以及酚类污染物的处理上仍存在明显的不足。研究基于酸法、酸法还原、负载金属、CO2作用、热解还原等方式调控赤泥的性质和结构，提高赤泥中有效催化组分的活性和分散度，开发高效、廉价的赤泥基催化剂用于催化降解废水中的酚类污染物。主要内容包括酸法调控赤泥的结构及催化H2O2降解苯酚，用赤泥制备新型含铁催化剂并用于类芬顿法降解苯酚，酸性条件下还原调控赤泥的结构及催化类芬顿去除苯酚，葡萄糖热解还原赤泥的特征及活化过单硫酸盐降解间甲酚，赤泥稳定化CO2的特征分析。通过HCl溶解、抗坏血酸还原和滤液沉淀，成功制备了FRM/2%A催化剂。在FRM/2%A表面形成了FeMnO3、NdFeO3、Fe3O4、(La0.3Sr0.7)FeO3等多金属氧化物以及孔隙结构，FRM/2%A表现出较高的催化H2O2分解产生⋅OH的能力，5 min催化H2O2降解100 mg/L苯酚废水效率达到99.3%。以赤泥、葡萄糖为原料，在N2气氛下热解还原赤泥制备了WRMG/700催化剂。WRMG/700颗粒表面含有大量被还原的Fe3O4、MnO和NiO，表现出较好的催化过单硫酸盐降解间甲酚的能力，60min内对50mg/L的间甲酚的降解效率为99.02%，催化剂在循环使用5次后仍能保持较高的催化稳定性。研究结果为赤泥的再利用以及酚类污染物的降解提供新方法。另外磷石膏渗滤液和MgO/CaO稳定化处理电解锰渣中污染物的研究为电解锰渣中氨氮和重金属离子无害化处置提供了新方法。不同助剂作用下电解锰中锰的电累积效应的研究利用电动力技术从电解锰渣中累积和回收锰，并评价了该技术的可行性。研究成果为工业废渣的无害化处理和资源化利用提供重要参考。