臭氧催化氧化过程中磁性二氧化铈催化剂的界面性能与调控

The pollution of highly concentrated pharmaceutical wastewater is one of the huge environmental problems in the process of industrialization of our country. Focusing on the problem of covering both the advantages of high activity and treatment cost for catalytic ozonation in the pharmaceutical wastewater treatment, the following aspects would be carried out in the application. Firstly, we invent the ways of magnetic CeO2 nanoparticle production by way of theory analysis, calculation and experiment. Secondly, we study the structure and reaction mechanism of the catalyst interface and the aqueous solution, explores the surface chemistry, electronics structure and property of point defects (oxygen vacancies) of catalyst, clarify the relationship among the catalysis structure, function and preparation, achieve the manipulation the activity of the catalyst at the fundamental level. Thirdly, optimize the process integration, explore the interaction of the factors, analyze the process of organic pollutant degradation, clarify the reaction mechanism of magnetic CeO2 nanoparticles catalytic ozonation, and provide the fundamental data and theory reference for the application of catalytic ozonation with magnetic CeO2 nanoparticles in pharmaceutical wastewater pollution control.

高浓度难降解制药废水污染是我国工业化过程中面临的重大环境问题之一。针对臭氧催化氧化技术用于制药废水污染控制中催化剂活性与处理成本难以兼顾的问题，本申请采取理论研究、计算模拟与实验验证相结合的方法，制备新型高效磁性二氧化铈纳米催化剂；研究催化剂与水溶液的固液界面结构和界面反应的作用规律，揭示磁性二氧化铈催化臭氧氧化有机物的界面反应机理；计算优化磁性二氧化铈臭氧催化剂的自组装过程，在多尺度范围内揭示催化剂材料结构、性能与制备的关系，调控催化剂活性；优化臭氧催化氧化有机物工艺集成，探明各参数之间交互作用，研究有机物降解过程和催化反应动力学模型，阐明磁性二氧化铈催化臭氧氧化有机物的机理，为其在工业有机废水污染控制的应用提供基础数据与理论参考。

高浓度难降解制药废水污染是我国工业化过程中面临的重大环境问题之一。针对催化臭氧氧化技术用于制药废水污染控制中催化剂活性与处理成本难以兼顾的难题。.项目采用滴定水解法制备纳米四氧化三铁颗粒、采用正硅酸乙酯水解制备二氧化硅中间层、采用化学沉淀法制备二氧化铈活性表层，成功制备了磁性纳米二氧化铈催化材料，采用XRD、FT-IR、TEM、SEM及EDX等分析测试手段进行了微观表征，发现制备的磁性二氧化铈臭氧催化剂具有核/壳结构，并且能用磁力轻易把催化剂分离。.研究了臭氧氧化对乙酰氨基酚的反应机理、模型及动力学，验证了臭氧氧化对乙酰氨基酚的机理。在高pH条件下，主要是•OH的作用；在低pH条件下，主要是臭氧直接氧化作用。臭氧氧化降解对乙酰氨基酚符合拟一级动力学反应过程，建立了对乙酰氨基酚的臭氧氧化降解动力学模型C=C0exp（-11.359QO31.3475C0-0.8487[OH-]0.0343t）。.研究了pH、苯氧乙酸初始浓度、臭氧投加量对臭氧降解苯氧乙酸去除的影响效果。通过GC-MS、HPLC和IC仪器分析了主要的中间产物及小分子酸的变化情况，提出了苯氧乙酸可能降解途径和反应速率常数ki的求解方法。.探讨了磁性二氧化铈催化剂催化臭氧氧化降解水杨酸和安替比林的工艺参数、界面反应机理，分析了pH、安替比林初始浓度、臭氧投加量、催化剂投加量以及二氧化铈负载量的影响，发现磁性二氧化铈催化体系能显著提升污染物的去除率及矿化率。探讨了催化剂界面反应机理，发现了催化效果主要是由于铈的负载可以增加固相与液相接触表面的活性自由基，从而增强催化效果。.分析了磁性二氧化铈催化臭氧氧化模型及动力学，通过对反应器的液相分传质系数kL、比相界面积 、O3在水中的扩散系数DO3的检测，结合Hatta常数定义公式，计算了磁性二氧化铈催化臭氧降解水杨酸的Ha常数，验证了气—液反应的慢速反应动力学体系，建立了磁性二氧化铈催化臭氧氧化模型，获得了反应动力学常数ki定量表达。.上述结果为稀土催化臭氧氧化在工业有机废水污染控制的应用提供基础数据与理论参考。