臭氧催化氧化抑制溴酸盐生成效能的研究

研究了饮用水臭氧催化氧化过程中溴酸盐的生成特点与控制效能.结果表明,臭氧衰减过程中c×t值大小与BrO3生成明显相关.加入臭氧催化剂能使剩余臭氧含量降低60.0%～77.4%,并使臭氧ID反应持续的时间由4.3 min延长至6.8 min,明显降低了臭氧衰减过程中的c×t值.生产运行结果表明,臭氧催化氧化使BrO3的生成能力平均降低了51.7%,能明显抑制BrO3 生成.     

铈掺杂Ru/Al2O3催化臭氧氧化降解邻苯二甲酸二甲酯

考察了铈(Ce)的掺杂对Ru/Al2O3催化臭氧氧化邻苯二甲酸二甲酯(DMP)溶液过程的影响.结果表明,Ce的掺杂可以显著提高臭氧氧化的效果,反应100min后,TOC的去除率可以由原催化剂的61.3%提高到75.1%,而单独臭氧氧化仅有14.0%.在实验范围内,Ru和Ce同时浸渍催化效果较好,且活性组分的溶出最少,Ce的最佳掺杂量为1.0%.通过催化剂吸附试验、单独臭氧氧化试验、Ce的均相催化试验及Ru-Se/Al2O3催化剂的非均相催化实验,证明Ru-Ce/Al2O3催化剂对DMP溶液臭氧氧化体系TOC的去除率达到50%,这是基于Ru-Ce/A12O3催化剂的非均相催化作用.     

γ-Al2O3催化臭氧氧化水中嗅味物质MIB效能研究

以γ-Al2O3粉末为催化剂,研究了催化臭氧氧化去除水体中典型嗅味物质2-甲基异茨醇(MIB)的效能及相关影响因素.研究表明,γ-Al2O3在蒸馏水和自来水本底中,均表现出显著的催化活性.在蒸馏水本底条件下,催化氧化可提高MIB去除率47个百分点;而在自来水本底条件下,可提高MIB去除率40个百分点以上.臭氧浓度、催化剂投加量和MIB的初始浓度对催化氧化过程具有明显的影响作用.水的硬度对γ-Al2O3催化臭氧氧化MIB影响不大,但水中无机阴离子对催化效果影响显著.天然水体中的重碳酸盐/碳酸盐碱度可以抑制催化臭氧氧化过程中产生的羟基自由基,对γ-Al2O3催化臭氧氧化MIB起到了抑制作用.低浓度的腐殖酸能够促进催化氧化过程,而高浓度时则有抑制作用.通过pH值对催化氧化MIB的影响和叔丁醇对催化氧化的抑制作用,间接地证明γ-Al2O3催化氧化MIB的作用机理是以羟基自由基为主的间接氧化过程.     

γ-Al2O3催化臭氧氧化水中嗅味物质机理探讨

以γ-Al2O3粉末为催化剂,研究催化臭氧氧化去除水体中典型嗅味物质2-甲基异茨醇(MIB)的效能与机理.结果表明,γ-Al2O3能够明显促进臭氧氧化去除MIB,表现出很好的催化活性,叔丁醇对γ-Al2O3催化氧化去除MIB过程具有明显的抑制作用.在催化臭氧氧化去除MIB过程中,γ-Al2O3表面电荷状态及表面羟基的带电性质与溶液的pH值有关.当溶液pH值与γ-Al2O3的pHzpc接近时,γ-Al2O3的催化作用最为明显.γ-Al2O3催化臭氧氧化过程中自由基的相对量值Rct比单独臭氧氧化过程高出近1个数量级,这进一步表明γ-Al2O3能明显促进臭氧分解产生更多的羟基自由基.最后还考察了不同摩尔比例的臭氧分解促进剂与抑制剂对γ-Al2O3催化臭氧分解的影响.     

氮掺杂生物炭催化臭氧对于布洛芬的降解特性与机制

系统研究了新型氮掺杂生物炭材料(N-C)催化臭氧对于水中布洛芬(IBP)的氧化降解效能及机制,并深入探究了初始pH、臭氧投加量、催化剂投加量、不同阴离子和背景水质条件对IBP降解效率的影响.结果 表明,相较于一些常见的碳基催化剂(g-C3N4、生物炭、颗粒活性炭)及金属催化剂(MnO2、Fe3O4),N-C催化臭氧体系...     

负载型金属氧化物催化剂分解臭氧的研究

用浸渍法制备了活性炭、γ-氧化铝和分子筛负载的MnO2,CuO,Fe2O3催化剂,并考察了它们对臭氧分解的催化性能。结果表明,MnO2催化剂优于CuO,Fe2O3,催化剂,活性炭为载体的催化剂优于γ-氧化铝和分子筛为载体的催化剂。温度对臭氧催化分解影响很大,在90℃时,MnO2／AC催化剂对臭氧的去除率可达80％以上。当存在一定浓度的水蒸气时,湿度越大,催化性能越差。当臭氧初始质量浓度低于50mg／L时,随着臭氧初始浓度的增加,催化性能有一定的下降。     

CuO-Ru/Al2O3 催化臭氧化降解苯乙酮的研究

采用浸渍法制备了以活性Al2O3为载体的双组分催化剂CuO-Ru/Al2O3,利用该催化剂催化臭氧化降解了苯乙酮.结果表明,贵金属钌掺杂能显著提高CuO/Al2O3催化臭氧化苯乙酮的降解效率,如在相同条件下处理30 min后,单独臭氧氧化、CuO/Al2O3/O3和CuO-Ru/Al2O3/O3对苯乙酮水溶液的COD去除率分别为6.3%、20.0%和54.0%.pH对CuO-Ru/Al2O3催化臭氧化降解苯乙酮的效率并没有影响,但与单独臭氧化相比,该催化臭氧化体系更适合在中性或酸性条件下应用.CuO-Ru/Al2O3对水中臭氧有较好的催化分解活性,臭氧分解的速率常数达2.58×10-3s-1,高于二次水中臭氧的分解速率常数1.19×10-3s-1.叔丁醇的试验结果表明,CuO-Ru/Al2O3/O3降解苯乙酮反应遵循羟基自由基(.OH)反应机制.     

CuO-Ru/A_2lO_3催化臭氧化降解苯乙酮的研究

采用浸渍法制备了以活性Al2O3为载体的双组分催化剂CuO-Ru/Al2O3,利用该催化剂催化臭氧化降解了苯乙酮.结果表明,贵金属钌掺杂能显著提高CuO/Al2O3催化臭氧化苯乙酮的降解效率,如在相同条件下处理30 min后,单独臭氧氧化、CuO/Al2O3/O3和CuO-Ru/Al2O3/O3对苯乙酮水溶液的COD去除率分别为6.3%、20.0%和54.0%.pH对CuO-Ru/Al2O3催化臭氧化降解苯乙酮的效率并没有影响,但与单独臭氧化相比,该催化臭氧化体系更适合在中性或酸性条件下应用.CuO-Ru/Al2O3对水中臭氧有较好的催化分解活性,臭氧分解的速率常数达2.58×10-3s-1,高于二次水中臭氧的分解速率常数1.19×10-3s-1.叔丁醇的试验结果表明,CuO-Ru/Al2O3/O3降解苯乙酮反应遵循羟基自由基(.OH)反应机制.     

不同pH条件下Fe~(2+)/Fe~(3+)/Ni~(2+)/O_3体系对活性艳蓝X-BR的催化氧化

臭氧和催化臭氧氧化法是对印染废水有效的处理手段之一。选取用途较广的活性艳蓝X-BR为研究对象,探讨了氧化过程中染料的降解和结构变化情况。并选取了Fe2+、Fe3+和Ni2+为均相催化剂,讨论了pH对催化效果的影响。实验表明,均相催化体系中,酸性条件下更有利。     

低浓度苯系物在室温下的MnOx/Al2O3催化O3氧化

采用固定床连续流动反应器,研究在室温下MnOx/Al2O3催化剂催化臭氧(O3)氧化.结果表明,在室温下,MnOx/Al2O3催化剂具有良好的催化O3分解和催化臭氧氧化苯系物的性能,Mn的最佳负载量为5%.当入口O3和苯系物浓度分别为70,15 mg/m3时,苯、甲苯、对二甲苯和O3的转化率分别为75%,84%,88%,90%.随着入口O3浓度的升高,苯系物转化率先升高然后基本不变,而O3转化率略有下降;随着入口苯系物浓度的升高,苯系物转化率明显降低,O3转化率略有下降.苯系物及O3转化率皆随催化反应时间的延长而缓慢降低.苯系物催化氧化反应中生成的芳香醛、芳香酸和甲酸等中间产物在催化剂表面的堆积是导致催化剂活性降低的主要原因.     

水溶液中臭氧和溴离子的反应研究

为探明O3氧化Br-的反应机制,采用离子色谱、PDA紫外-可见光度仪研究了水中Br-被O3氧化的反应过程.离子色谱分析表明,被氧化的Br-中只有约10%被O3氧化成BrO3-.进一步研究表明,除了生成BrO3-外,Br-被O3氧化过程中还产生了Br2,Br2又与溶液中存在的Br-结合形成Br3-,并首次得到了Br3-的吸收光谱,测得Br3-的最大吸收峰λmax为260 nm,提出了Br-与O3的基元反应.该研究补充和完善了O3氧化Br-的反应机制,也为O3处理含Br-水时Br-的归趋提供了有益信息.     

Pd/Al2O3粒子电极电催化还原BrO3-的研究

针对常规方法难以去除水中Br_3~-的问题,采用浸渍煅烧法制备了负载型纳米Pd/Al_2O_3粒子电极,研究了该电极电催化还原Br O-3的效果.催化剂的结构表征表明该反应实现了Pd纳米晶的均匀负载,纳米Pd/Al_2O_3具有较高的电催化活性和较低的能耗,其最佳反应条件为3%Pd负载量,0.9 m A·cm-2电流密度和1 g·L催化剂投量,酸性条件可促进Br O-3的直接或间接还原.ESR检测证实了Pd的负载增强了反应体系活性物种[H]的生成,进而促进了Br O-3的间接电催化还原.     

人工智能助力臭氧催化剂SrFexZr1-xO3的开发

将人工智能应用于催化臭氧氧化催化剂SrFe_xZr_1-xO₃的开发过程,采用共沉淀法制备了50种不同配方的催化剂,考察聚乙二醇（PEG）投加量、煅烧时间、老化时间、氨水投加量和铁掺杂量对SrFe_xZr_1-xO₃催化剂催化臭氧降解间甲酚反应活性的影响.同时,利用人工神经网络（ANN）和响应面（RSM）对催化剂合成条件与TOC去除率和间甲酚转化率的关系进行拟合,训练集中ANN的R²值分别为0.91和0.97,高于RSM的R²值0.35和0.41;在4组测试集上ANN的均方误差（MSE）分别为9.87和17.67,远小于RSM的23.89和28.87.结果表明,ANN模型对催化剂制备过程的复杂体系具有更好的拟合和泛化能力.在ANN训练好的模型中通过枚举法寻找最优合成条件为：PEG投加量为19.00%,煅烧时间为1.25 h,老化时间为26.50 h,氨水投加量为6.21 mL,铁掺杂量为3.37%,所得催化剂为SrFe_0.13Zr_0.87O₃-B.最佳反应条件下,间甲酚转化率和TOC去除率分别达到98.52%和17.21%,优于空白组的73.46%和1.86%.     

Co3O4/BiVO4复合阳极活化过一硫酸盐强化光电催化降解双酚A

采用静电纺丝法制备了Co_3O_4/BiVO_4复合薄膜电极,并以之为光阳极,在过一硫酸盐(PMS)辅助作用下开展了光电催化降解双酚A研究.结果表明,PMS在可见光下可显著强化Co_3O_4/BiVO_4复合阳极光电催化降解双酚A,在0.25 V外加偏压以及可见光照射下,当加入2 mmol·L-1PMS时,双酚A在2 h内的降解效率为96%.降解动力学常数为0.471 4 min-1.系统研究了PMS初始浓度、外加偏压对双酚A降解性能的影响.结果发现,双酚A在较低的PMS投加量和较低的外加偏压(0.25 V)下即可有效降解.采用电子自旋共振波谱仪鉴定体系的主要活性自由基为SO·-4和·OH.并进一步通过淬灭实验结果证明空穴、SO·-4和·OH起主要氧化作用.光电反应后的体系中未检测到金属离子溶出,可避免二次污染.     

CH3O·引发的溴酸盐还原机制探究

针对溴酸盐(BrO-3)污染,本研究以三聚氰胺为前驱体制备石墨相氮化碳(g-C3N4)为自由基诱导催化材料.通过XRD、TEM、UV/Vis-DRS对其物相组成和光催化性能进行表征发现,制备的层状g-C3N4有稳定片层结构及可见光响应的禁带宽度(~2.70 e V).可见光照射下,g-C3N4表面产生的光生载流子不能直接还原溴酸盐.然而,若有有机小分子(如甲醇)存在,光催化还原效率迅速增大.通过原位电子顺磁共振谱(EPR)及对材料表面的光电化学测试分析,我们探索了该体系的光催化还原Br O-3的机制.结果表明,g-C3N4带隙较窄其空穴氧化能力较弱,在光催化过程中空穴只能将甲醇分子转化为CH3O·自由基,因而甲醇分子的存在提升了光生载流子的分离效率,加剧了自由基的累积.该自由基具有较高的还原活性,可迅速将水相中的溴酸根还原至溴离子.     

Cu-Al2O3中骨架铜类芬顿催化去除水中有机污染物

为解决传统铁基芬顿催化剂在水体通常酸碱(pH6)条件下活性低的问题,采用简单共沉淀法制备了Cu掺杂的Al_2O_3类芬顿催化剂.通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见(UV-vis)吸收光谱分析表明,Cu-Al_2O_3中铜掺杂的质量分数低于4.77%时,催化剂中铜主要以Cu~(2+)和Cu~+的形式共存于Al_2O_3的骨架结构中,形成Al—O—Cu键;过量的铜掺杂会导致外骨架铜物种如铜氧化物团簇的存在.以难降解有机污染物2-氯苯酚(2-chlorophenol,2-CP)和染料罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标污染物,对Cu-Al_2O_3的类芬顿催化性能进行了详细地研究.结果表明,骨架铜物种在中性温和条件下对2-CP和Rh B显示出很高的催化去除效率和稳定性,反应2 h,Cu-Al_2O_3(Cu质量分数4.77%)对2-CP的去除率达到54%,相应的TOC去除率达到49%,而铜离子溶出浓度仅为0.025 5 mg·L-1,而Cu-Al_2O_3(Cu质量分数7.58%)由于外骨架铜的存在导致催化活性增加缓慢和稳定性下降.ESR测试结果表明,·OH和HO_2~-/O_2~-·是反应中主要的活性物种.     

Ag改性石墨相氮化碳(g-C3N4)可见光辅助活化过一硫酸盐降解罗丹明B

采用煅烧法和光还原法制备出具有高活性的Ag/g-C₃N₄催化剂,并将其应用于可见光下活化过一硫酸盐（PMS）降解罗丹明B（RhB）废水.系统研究了实际因素RhB浓度、催化剂投加量、PMS剂量、pH值和可溶性无机阴离子对RhB降解效果的影响.结果表明,RhB的降解率随着催化剂投加量、PMS浓度的增加而增大,随着初始RhB浓度的增加而减小.弱酸性条件有利于反应活化PMS降解RhB,而中性或碱性条件都会减缓催化反应的进行.Ag/g-C₃N₄-2/Vis/PMS催化体系30 min内对RhB的去除率最高可达93.2%,分别是Ag/g-C₃N₄/Vis和单独PMS催化体系的4.0和3.7倍.体系催化活性的提高归因于Ag的表面等离子共振效应及基于硫酸根自由基的高级氧化技术与光催化技术的协同作用.不同阴离子对催化反应的影响不同,溶液中的Cl^-会对反应产生轻微的抑制作用,而H₂PO₄^-和HCO₃^-的出现大大抑制了催化性能.催化剂具有良好的稳定性,5次循环后仍能在30 min之内降解77.4%的RhB.此外,捕获实验和ESR测试结果表明,Ag/g-C₃N₄-2/Vis/PMS催化体系中存在·O₂^-、h⁺、¹O₂、SO₄^-·和·OH活性物种,并协同降解RhB污染物.     

Catalytic activity of cerium-doped Ru/Al2O3 during ozonation of dimethyl phthalate

In this paper, factors influencing the mineralization of dimethyl phthalate (DMP) during catalytic ozonation with a cerium-doped Ru/Al₂O₃ catalyst were studied. The catalytic contribution was calculated through the results of a comparison experiment. It showed that doping cerium significantly enhanced catalytic activity. The total organic carbon (TOC) removal over the doped catalyst at 100 min reached 75.1%, 61.3% using Ru/Al₂O₃ catalyst and only 14.0% using ozone alone. Catalytic activity reached the maximum when 0.2% of ruthenium and 1.0% of cerium were simultaneously loaded onto Al₂O₃ support. Results of experiments on oxidation by ozone alone, adsorption of the catalyst, Ce ion’s and heterogeneous catalytic ozonation confirmed that the contribution of heterogeneous catalytic ozonation was about 50%, which showed the obvious effect of Ru-Ce/Al₂O₃ on catalytic activity. __________ Translated from China Environmental Science, 2006, 26(4): 445–448 [译自: 中国环境科学]     

臭氧氧化水中壬基酚的反应机理研究

采用臭氧氧化浓度为20 mg/L的壬基酚溶液,研究了臭氧氧化去除壬基酚的效果及氧化过程中中间产物的变化情况,探讨了臭氧氧化壬基酚的反应机理.结果表明,臭氧氧化涉及2种氧化方式,臭氧分子的单独反应和臭氧/羟基自由基的联合氧化.2种氧化方式在18 min内均能完全去除壬基酚,联合氧化方式在4 min内即能达到96％的去除率,而单独臭氧分子氧化需要12 min.氧化过程中检测到甲醛的产生,单独臭氧氧化下甲醛产生量在8 min左右达到稳定,而混合氧化方式下甲醛量逐步增加.     

MnFe2O4磁性纳米棒非均相Fenton催化降解水中四环素的研究

采用水热合成法成功制备出MnFe₂O₄磁性纳米棒（s-MnFe₂O₄）,并考察了商品化的Fe₃O₄、MnFe₂O₄和合成的s-MnFe₂O₄纳米棒这3种磁性纳米颗粒作为非均相Fenton催化剂降解水中四环素抗生素的性能.同时,采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、N₂吸附-脱附、振动样品磁强计（VSM）及X射线光电子能谱（XPS）等技术对催化剂的理化性质进行了表征.非均相Fenton催化降解四环素的结果表明,s-MnFe₂O₄具有最高的催化活性,反应180 min,四环素的去除率可以达到87.6%,TOC的去除率达到47.5%.自由基捕获试验证实了羟基自由基（·OH）是非均相Fenton氧化过程中的主要活性物种.s-MnFe₂O₄磁性纳米棒的高催化活性归因于其表面拥有较高含量的Mn³⁺和Fe²⁺物种,它们的存在能加速界面电子的转移效率,从而促进·OH的生成.合成的s-MnFe₂O₄催化剂具有良好的稳定性,循环使用6次,四环素的去除率仅从87.6%降低到80.2%,且氧化过程中活性组分的流失很少.