含酚废水在梯度微纤复合分子筛膜催化剂上的湿式催化氧化反应机理研究

Catalytic wet oxidation reaction mechanism of phenolic wastewater over gradient microfibrous zeolite membrane composite catalysts is involved. Firstly, prepare the gradient porous sintered metal fiber with adjustable voidage and strength by wet layup papermaking and sintering process, screen the suitable surface modification method for sintered metal fibers, synthesize zeolite membrane on the surface of modified sintered metal fiber. Secondly, prepare high selectivity gradient sintered microfibrous zeolite membrane composite catalysts by incipient wetness impregnation method and Fe, Cu, Mn as the active substances, respectively. Then, the Catalytic wet oxidation of phenolic wastewater over the gradient microfibrous zeolit membrane composite catalysts in the membrane reactor is to investigate, including the reaction selectivity, catalytic activation, deactivation and stability of the catalysts. Finally, the kinetics of Catalytic wet oxidation of phenolic wastewater in the membrane reactor is to test, in order to explore the reaction mechanism, mass transfer enhancement and mass transfer resistance reduction of the membrane reactor, set up mathematical model to analyze the design and scale-up approaches for the membrane reactor.

本项目拟针对含酚废水在梯度微纤复合分子筛膜催化剂上的湿式催化氧化反应机理研究。首先，通过湿法造纸和烧结工艺技术制备空隙率和机械强度梯度可调的不锈钢微纤多孔材料，在表面改性基础上，结合分子筛膜合成方法在不锈钢微纤多孔材料内孔表面上合成分子筛膜形成梯度微纤复合分子筛膜；然后，将Fe、Cu、Mn等过渡金属元素作为催化剂活性物质负载在分子筛膜上，制备一种具有高选择性的微纤复合分子筛膜催化剂；再以H2O2作为氧化剂，在基于微纤复合分子筛膜催化剂的膜反应器上进行含酚废水湿式催化氧化反应，探讨催化剂的反应选择性、催化活性中心分布及浓度、失活与稳定性等；最后，考察含酚废水在膜反应器上的湿式催化氧化反应动力学，研究湿式催化氧化反应机理、膜反应器强化传质和降低传质阻力机理，并建立数学模型进行计算，探讨基于含酚废水的湿式催化氧化反应膜反应器的设计技术基础。

针对传统含酚废水湿式催化氧化技术存在的中间产物浓度较高、活性离子浸出造成的二次污染以及催化剂稳定性差的瓶颈问题，以直径为微米级不锈钢纤维为原料，采用湿法造纸和烧结技术制备一种新型纸状金属微纤多孔载体，空隙率高达98%，平均孔径45微米，其机械强度、制造成本以及面积体积比显著高于传统蜂窝陶瓷材料，称为新一代高效低阻结构化材料。在其表面构筑分子筛膜并负载过渡金属元素，研究苯酚在基于这种纸状金属微纤复合分子筛膜催化剂构成的结构化膜反应器上的湿式催化氧化反应性能：1. 苯酚和双氧水的转化率均可达到100%，同时TOC的转化率可达70%以上；2. 高毒性中间产物如苯二酚、苯醌等得到显著的抑制和消除，直接生成小分子酸（马来酸、草酸等）；3. 活性金属离子浸出浓度显著降低，提高了催化剂的活性以及有效避免了二次污染。系统研究了苯酚在结构化膜反应器上的反应动力学以及反应机理，为开拓含酚废水综合净化分离的新技术和新工艺奠定了坚实的基础。