[00144350]基于羰基金属络合物制备的低负载纳米催化剂及其在湿式催化氧化高浓度有机废水中的应用

1、课题背景与来源 本课题为国家自然科学基金项目“基于羰基金属络合物制备的低负载纳米催化剂及其在湿式催化氧化高浓度有机废水中的应用”（项目编号：21307139）。随着工业的迅猛发展,尤其是医药、化工、纺织印染等行业的发展,使得高浓度难降解的有机废水越来越多,这些废水的特点是：废水中污染物浓度高、成份复杂（如芳烃、酚类、卤化物、胺类等）,大多含有对人类健康危害极大的“三致”（致癌、致畸、致突变）有机污染物,其COD值（化学耗氧量）一般为数万甚至数十万mg/L,导致治理成本高、治理难度大,成为医药、化工、印染等很多工业可持续发展的极大障碍。从上个世纪 70 年代,在湿式氧化法基础上发展起来的湿式催化氧化法（CWAO）是一项新的治理废水的技术,在美国、日本、欧共体等国进行广泛而深入的研究与开发。中国的污水处理率与发达国家相比,还存在着明显的差距。特别是对于难降解的高浓度有机废水和高氨氮废水尚无有效的工业处理技术,往往采用多次循环或大量水稀释,造成了资源浪费和新的污染问题。虽然国内科研人员不断研发一些新的水处理技术,如：催化湿式氧化技术、膜分离技术、絮凝技术等等,由于院、校科研人员对实际污水的复杂情况认识不足或是技术缺乏系统性,制约了这些新技术的应用。因此,加强科研人员与企业的合作,开发高效、新型的污水处理技术,具有十分重要的现实意义和应用前景。 本课题组针对难降解的高浓度有机废水开展了一系列工作,先后获得国家自然科学基金、兰州化物所“知识创新工程青年人才领域前沿项目”、中国科学院院地合作项目和院战略新兴产业项目的支持。经过多年的研究,形成了集多项自主核心技术于一体的高浓度有机废水处理技术。 2、研究的目的与意义 采用羰基金属络合物制备的低负载纳米金属催化剂,引入稀土元素对载体进行修饰和改性,同时研究过渡金属与稀土元素之间的电子传递效应及各组分间相互协同效应;以氧气或空气为氧化剂,在较为温和的条件下使得COD高达数十万的有机废水的COD去除率达到97%以上,研究催化剂的失活和再生问题,建立一个具有应用前景的绿色湿式催化氧化体系,缓解企业高浓度有机废水难降解的问题,提高废水的可生化性,增加废水的循环回用。 3、主要论点与论据 主要论点：采用湿式催化氧化法处理高浓度难降解有机废水,自主研发催化剂和调整工艺体系,使得高浓度有机废水照哦给你的COD大幅度降低,增加废水的可生化性。 论据： 1)本项目研究工作是国际催化化学研究领域的热点之一,申请人在参阅大量文献后,结合本实验室以往的有机金属和多相催化的研究工作基础,借鉴国内外科学家已有的理论知识与学术思想,采用现代分析测试手段和技术方法,确定出本项目的研究内容。因此,本项目研究方案具体、合理,技术路线可操作性强,研究基础较为深厚,项目研究切实可行。 2)项目组人员配备合理,具有较强的科研工作能力。兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室,拥有一系列大型仪器,为本项目提供了完善的分析测试实验设备及技术保障。 4、创见与创新 1)采用羰基金属为催化剂前驱体制备的低负载纳米催化剂,经过系列表征发现由于Ru3（CO）12和载体Al2O3表面的OH发生相互作用产生两种新的羰基钌物种,而催化剂中CeO2实为Ce4+、Ce3+混合共存的体系,可能由于各元素之间的电子转移或者活性成分和载体的相互作用导致催化剂表面存在多种价态的化合物,多种表征结果表明催化剂中Ru与Ce或者与载体之间有强烈的相互作用,这种相互作用提高了催化剂的活性和稳定性。 2) 采用管式连续反应工艺对不同高高浓度有机废水的催化氧化处理都有良好的处理效果,如处理COD为10-20万mg/L的含醇类、酚类、高分子化合物等有机废水,COD的去除率可达到95%以上;处理COD为10万mg/L高浓度含氮有机废水,COD的去除率可达到90%以上。 3)本方法研发的非贵金属催化剂效果也良好,对于高浓度有机废水的COD去除率也可达到90-95%以上,制备工艺简单,成本低。 4)连续反应工艺中采用空气为氧化剂,大大降低了工业成本,提高了废水的可生化性及水资源的循环 5、社会经济效益,存在的问题 社会经济效益：我国污水治理投入中,政府投资加上企业废水处理装置新建与改造,每年新增投入将会达到数千亿元。按市场份额的1%计算,预计有数十亿元的市场。随着项目技术的应用及所占市场份额的增加,将具有广阔的市场前景。 存在问题：实验室小试针对企业中实际的高浓度有机废水效果良好,但是由于缺少资金支持和企业支持,目前正在和企业沟通,希望能进一步实际应用。 6、历年获奖情况 无。