无机离子对催化臭氧化降解水中痕量硝基苯效果的影响

考察了天然水体中常见的无机离子对单独臭氧氧化、臭氧/蜂窝陶瓷和臭氧/改性蜂窝陶瓷3种氧化工艺分解水中痕量硝基苯的影响.单独臭氧氧化和臭氧/改性蜂窝陶瓷对硝基苯的分解效率随着钙离子浓度的升高(0～4 mg·L^-1)分别增加了5.0%和8.6%,在相同实验条件下,臭氧/蜂窝陶瓷对硝基苯的降解效率在钙离子浓度为0.5 mg·L^-1时达到最大值;单独臭氧氧化、臭氧/蜂窝陶瓷和臭氧/改性蜂窝陶瓷在锰离子浓度增加(0～4 mg·L^-1)的情况下对硝基苯的去除率分别增加了10.9%、11.6%和9.6%,随着重碳酸根离子浓度的增加(0～200 mg·L^-1)分别降低了8.6%、11.5%和8.9%;硝酸根和硫酸根离子浓度对单独臭氧氧化降解水中硝基苯无明显影响,另2种氧化工艺对硝基苯的分解效率随着硝酸根和硫酸根离子浓度的增加而降低.     

改性蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中微量硝基苯

以硝基苯为目标反应物,对改性蜂窝陶瓷、蜂窝陶瓷催化臭氧化和单独臭氧氧化去除水中微量有机污染物的效果进行了比较.发现与单独臭氧氧化相比,改性蜂窝陶瓷和蜂窝陶瓷催化臭氧化工艺可以提高水中硝基苯的去除率,分别为38.35%和15.46%.在本次实验条件下,随着改性蜂窝陶瓷催化剂的用量增加到5份,硝基苯的降解效率上升了30.55%;3种工艺对硝基苯的去除率都随着温度的升高而显著增加,随着pH值的升高越来越大,在pH=10.00左右时,臭氧/改性蜂窝陶瓷联用对硝基苯的去除优势消失;臭氧/改性蜂窝陶瓷催化氧化对硝基苯的去除遵循自由基机理;催化剂对硝基苯的吸附很小,对去除几乎没有影响;对于3个体系,将总量相同的O3多次投加可以获得明显优于一次性投加的去除效果;改性蜂窝陶瓷催化剂的使用寿命较长.     

蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中草酸的研究

实验比较了单独臭氧氧化、蜂窝陶瓷催化臭氧化和蜂窝陶瓷催化剂吸附3种工艺去除水中草酸的降解效果.结果表明,蜂窝陶瓷催化臭氧化、单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化剂吸附对水中草酸的去除率分别为37 .6%、2 .2%和0 .4%,蜂窝陶瓷催化剂的存在显著提高了臭氧氧化降解水中草酸的去除效果.添加叔丁醇的浓度为5、10和15 mg·L^-1时,催化臭氧化对草酸的去除率分别降低了24 .1%、29 .0%和30 .1%,证明蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中草酸遵循·OH氧化机理,即非均相的催化剂表面强化了·OH的引发.TOC测试结果显示,蜂窝陶瓷催化臭氧化工艺可以将草酸彻底矿化,无中间产物生成.反应温度与草酸的去除效果成正相关性,当水体温度为10、20、30和40℃时,蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中草酸的去除率分别为16 .4%、37 .6%、61 .3%和68 .2%.     

常见有机物对催化臭氧化降解水中硝基苯的影响

考察了有机物甲醛、甲醇、甲酸和邻苯二甲酸二丁酯对单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化臭氧化工艺去除水中硝基苯降解效果的影响规律.单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化臭氧化对硝基苯的去除率随着甲醛浓度的升高(0～12 mg·L-1)分别降低了11.6%和9.6%;2种工艺对硝基苯的去除率都随着甲醇浓度的增加(0～16mg·L-1,)先增高再降低,单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化臭氧化分别在浓度为2 mg·L-1和4 mg·L-1时去除率达到最大值;随着甲酸浓度的增加(0～8 mg·L-1)去除率也都先增高再降低,单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化臭氧化分别在浓度为0.5 mg·L-1和2 mg·L-1时去除率达到最大值;低浓度的甲醇和甲酸促进了硝基苯的降解,高浓度的甲醇和甲酸抑制了硝基苯的降解.单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化臭氧化在邻苯二甲酸二丁酯浓度增加(0～10 mg·L-1)的情况下对硝基苯的去除率分别降低了19.7%和18.6%.     

蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中痕量硝基苯的机理研究

实验考察了HCO3-、CO32-、HPO42-、H2PO4-和叔丁醇等羟基自由基抑制剂存在条件下,单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷氧化对水中硝基苯降解效果的影响规律,初步推测了反应机理.结果表明,2种工艺对硝基苯的去除率都随着HCO3-浓度的增加(0～200 mg·L-1)先增高再降低,在浓度为50 mg·L-1时去除率达到最大值;单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷对硝基苯的去除率随着CO32-浓度的增加(0～20 mg·L-1)分别降低了16.57%和27.52%,随着HPO42-浓度的增加(0～12 mg·L-1)分别降低了13.61%和17.52%,随着H2PO4-浓度的增加(0～120 mg·L-1)分别降低了6.61%和12.52%,随着叔丁醇浓度的增加(0～10mg·L-1)硝基苯去除率降低了30.06%和46.09%.证明单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷氧化对硝基苯的降解遵循·OH氧化机理,叔丁醇更适合作为自由基抑制剂用来推断单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷氧化降解硝基苯的反应机理.单独臭氧氧化对硝基苯的去除率随着pH值的升高(3.02～10.96)而增大,臭氧/蜂窝陶瓷氧化对硝基苯的去除率在pH=9.23时达到最大值.     

蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中微量硝基苯的动力学研究

实验表明单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷氧化在温度20℃、初始pH值6.87条件下对硝基苯的降解均遵循一级反应动力学模型,该条件下单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷氧化工艺对硝基苯的降解主要来源于高活性羟基自由基的氧化作用,同时证明了不同体系温度（10～40℃）和溶液初始pH值（3.00～10.96）下硝基苯的降解同样符合一级反应动力学.2种工艺对硝基苯的降解反应速率都随着温度的升高而增加,单独臭氧氧化的反应速率常数由0.37×10^-3 s^-1升高到1.49×10^-3 s^-1,臭氧/蜂窝陶瓷氧化的反应速率常数由0.56×10^-3 s^-1升高到2.46×10^-3 s^-1,温度越高反应速率提高的幅度却越小.随着pH的升高,单独臭氧氧化对硝基苯降解的反应速率常数从0.15×10^-3 s^-1增加到2.69×10^-3 s^-1,在pH值3.00～9.23范围内,臭氧/蜂窝陶瓷氧化工艺反应速率常数从0.17×10^-3 s^-1增加到1.90×10^-3 s^-1,在pH为10.96时反应速率常数下降到1.64×10^-3 s^-1.     

臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的研究

在悬浮颗粒搅拌混合反应器中,研究了臭氧/纳米TiO₂催化氧化去除水中微量硝基苯的性能,结果表明,纳米TiO₂催化臭氧化去除硝基苯较单独臭氧氧化有明显的提高,反应20min硝基苯的去除率提高了44%.实验中分别考察了纳米TiO₂热处理温度、催化剂投量、臭氧投量、硝基苯初始浓度、pH值对臭氧/纳米TiO₂催化氧化去除硝基苯的影响.发现550℃烧结得到的纳米TiO₂表现出最好的催化臭氧化活性,在较低的臭氧投量与催化剂用量条件下,硝基苯的去除率可达到56.57%;增大臭氧或者硝基苯的初始浓度,硝基苯的去除率随之提高;但是改变催化剂投量,硝基苯的去除效果几乎不受影响;中性或碱性pH环境利于纳米TiO₂催化臭氧化反应的进行.通过研究叔丁醇对纳米TiO₂催化臭氧化反应的影响,证明反应遵循羟基自由基(·OH)反应机理.     

超声活化过硫酸盐降解水中典型嗅味

为有效解决饮用水嗅味污染问题,选取水中典型致嗅物质二甲基异莰醇（2-MIB）和土臭素（GSM）作为目标污染物,系统研究了超声（US）活化过硫酸盐（PS）高级氧化技术对两种致嗅物质的降解规律及其影响因素.结果表明,在15 min内超声/过硫酸盐联用工艺能有效去除水中典型嗅味,与单独超声处理相比,2-MIB和GSM的去除率分别可提高57.0%和63.6%;2-MIB与GSM浓度在100~800 ng·L^-1范围内US/PS联用工艺均有较高的去除率,且在100 ng·L^-1时降解效果最佳,去除率分别可达88.7%和93.3%;典型致嗅物质的降解速率随PS浓度（0.25~2mmol·L^-1）和US声强（0.33~0.53 W·cm^-2）的增加而加快;水体中腐殖酸存在会竞争消耗自由基使嗅味降解受到抑制但影响效果不显著;在反应体系中分别加入甲醇与叔丁醇（自由基清除剂）后,2-MIB与GSM去除率明显下降,且甲醇对嗅味降解抑制程度强于叔丁醇,表明US/PS高级氧化技术对嗅味快速的降解主要是硫酸根自由基与羟基自由基共同作用的结果.     

臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的研究

在悬浮颗粒搅拌混合反应器中,研究了臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的性能,结果表明,纳米TiO2催化臭氧化去除硝基苯较单独臭氧氧化有明显的提高,反应20min硝基苯的去除率提高了44%.实验中分别考察了纳米TiO2热处理温度、催化剂投量、臭氧投量、硝基苯初始浓度、pH值对臭氧/纳米TiO2催化氧化去除硝基苯的影响.发现550℃烧结得到的纳米TiO2表现出最好的催化臭氧化活性,在较低的臭氧投量与催化剂用量条件下,硝基苯的去除率可达到56.57%;增大臭氧或者硝基苯的初始浓度,硝基苯的去除率随之提高;但是改变催化剂投量,硝基苯的去除效果几乎不受影响;中性或碱性pH环境利于纳米TiO2催化臭氧化反应的进行.通过研究叔丁醇对纳米TiO2催化臭氧化反应的影响,证明反应遵循羟基自由基(·OH)反应机理.     

有机酸在金属氧化物上的吸附对催化臭氧氧化的影响

以苯甲酸(BA)、邻苯二甲酸(PA)、商品腐殖酸(CHA)和反渗透法提取的松花江水腐殖酸(SHA)为目标物,研究了臭氧氧化及羟基氧化铁(FeOOH)和二氧化铈(CeO₂)为催化剂时的吸附与催化臭氧氧化去除这些有机物的效果.结果表明,BA在FeOOH表面没有吸附,FeOOH对BA催化氧化的去除率比臭氧单独氧化高45%;PA在FeOOH上的吸附使其溶液中的浓度减少了5%,此时FeOOH对PA的氧化没有催化作用.CeO₂有助于催化臭氧氧化在其表面吸附较强的PA,且对氧化产生的草酸根有催化去除作用,但对不吸附在其表面的BA没有催化臭氧氧化作用.CeO₂对腐殖酸的吸附比FeOOH强,其催化臭氧氧化去除腐殖酸的作用比FeOOH更显著;当无机阴离子和腐殖酸竞争金属氧化物表面的吸附位时,催化作用受到抑制.     

Degradation of benzophenone in aqueous solution by Mn-Fe-K modified ceramic honeycomb-catalyzed ozonation

Comparative studies of ozonation alone, ceramic honeycomb-catalyzed and Mn-Fe-K modified ceramic honeycomb catalyzed ozonation processes have been undertaken with benzophenone as the model organic pollutant. The experimental results showed that the presence of Mn-Fe-K modified ceramic honeycombs significantly increased the removal rate of benzophenone and TOC compared with that achieved by ozonation alone or ceramic honeycomb-catalyzed ozonation. The electron paramagnetic resonance （EPR） experiments verified that higher benzophenone removal rate was attribute to more hydroxyl radicals generated in the Mn-Fe-K modified ceramic honeycomb-catalyzed ozonation. Under the conditions of this experiment, the degradation rate of all the three ozonation processes are increasing with the amount of catalyst, temperature and value of pH increased in the solution. We also investigated the effects of different process of ozone addition, the optimum conditions for preparing catalyst and influence of the Mn-Fe-K modified ceramic honeycomb after multiple-repeated use.     

Experimental study on oxidative decomposition of nitrobenzene in aqueous solution by honeycomb ceramic-catalyzed ozonation

The ozonation of nitrobenzene in aqueous solution was carried out in a semi-batch reactor to investigate the degradation efficiency, the effect factors, and the reaction mechanism, where honeycomb ceramic was used as a catalyst. The presence of honeycomb ceramic could improve the degradation rate of nitrobenzene by 15.46% compared to the results of ozonation alone. Under the conditions of this experiment, the degradation rate of honeycomb ceramic-catalyzed ozonation increased by 12.94% with the increase of the amount of catalyst from 1 to 5 blocks. The degradation rates all increased greatly with the increase of temperature and pH of the solution in the processes of honeycomb ceramiccatalyzed ozonation and ozonation alone. But, when the pH of the solution increased to 9.50, the advantage of the honeycomb ceramic-catalyzed ozonation process would be lost. The experimental findings indicated that in the processes of ozonation alone and honeycomb ceramic-catalyzed ozonation, nitrobenzene was primarily oxidized by ·OH free radical in aqueous solution. The adsorption of nitrobenzene was too limited to have an important influence on the degradation rate of nitrobenzene. With the same total dosage of applied ozone, the multiple step addition of ozone showed much higher removal efficiency than that obtained by one step in the two processes.     

O3/TiO2催化氧化工艺对饮用水中AOC的影响

以陶粒、硅胶和沸石为载体,分别负载二氧化钛（TiO₂）进行臭氧催化氧化去除硝基苯的实验,并对饮用水中生物可同化有机碳（AOC）所代表的小分子有机物(酮、醛、醇和羧酸类物质)的生成情况进行了研究.发现臭氧催化氧化比单纯的臭氧氧化能更彻底地将部分大分子有机物氧化成小分子中间产物,陶粒、硅胶和沸石负载TiO₂ 3种催化剂分别将AOC从大约300　μg·L^-1增加到 674.1　μg·L^-1、847.2　μg·L^-1和882.1　μg·L^-1,并且分别使AOC/TOC从原水的4.68%升高到30.5%、33.21%和46.04%,大大地提高了水中有机物的可生物降解性.如果增加臭氧投量,催化氧化可使小分子有机物部分被氧化,致使水样AOC又略有回降.在这一过程中,AOC-NOX所代表的羧酸类物质急剧增加,达到总AOC的90％以上,取代AOC-P17成为了AOC的主体组成部分.     

Effects of advanced oxidation pretreatment on residual aluminum control in high humic acid water purification

Due to the formation of disinfection by-products and high concentrations of Al residue in drinking water purification, humic substances are a major component of organic matter in natural waters and have therefore received a great deal of attention in recent years. We investigated the effects of advanced oxidation pretreatment methods usually applied for removing dissolved organic matters on residual Al control. Results showed that the presence of humic acid increased residual Al concentration notably. With 15 mg/L of humic acid in raw water, the concentrations of soluble aluminum and total aluminum in the treated water were close to the quantity of Al addition. After increasing coagulant dosage from 12 to 120 mg/L, the total-Al in the treated water was controlled to below 0.2 mg/L. Purification systems with ozonation, chlorination, or potassium permanganate oxidation pretreatment units had little effects on residual Al control; while UV radiation decreased Al concentration notably. Combined with ozonation, the effects of UV radiation were enhanced. Optimal dosages were 0.5 mg O3/mg C and 3 hr for raw water with 15 mg/L of humic acid. Under UV light radiation, the combined forces or bonds that existed among humic acid molecules were destroyed; adsorption sites increased positively with radiation time, which promoted adsorption of humic acid onto polymeric aluminum and Al(OH)3(s). This work provides a new solution for humic acid coagulation and residual Al control for raw water with humic acid purification.     

臭氧/沸石工艺处理水中硝基苯的效能研究

在连续反应器中,考察了臭氧/沸石工艺在不同条件下去除硝基苯的效果.结果表明,臭氧/沸石工艺对硝基苯的去除效率明显高于单纯臭氧氧化,反应7 min后,硝基苯去除率达到100％,并且该反应符合假一级反应动力学.叔丁醇能抑制臭氧/沸石工艺对硝基苯的去除效率,表明在氧化去除硝基苯过程中羟基自由基起主导作用.增加沸石投量和臭氧浓度均能有效地提高臭氧/沸石工艺对硝基苯的去除效率,并且臭氧/沸石工艺对硝基苯的去除速率与沸石投量之间存在1个最优值,与臭氧浓度呈线性关系.臭氧/沸石工艺对硝基苯的去除速率与初始硝基苯浓度无关.离子强度对臭氧/沸石工艺降解硝基苯的效率影响较大,当离子强度从0增加到1×10^-3　mol/L时,臭氧/沸石工艺对硝基苯的去除率从81.2％降低至31.6％.pH值主要影响臭氧的分解能力,随着溶液pH降低,臭氧/沸石工艺对硝基苯的去除效率逐渐下降.沸石具有较长的使用寿命.