催化臭氧氧化过程中溴酸盐的生成机制研究

以黄河下游某水厂滤后水为目标物,选择了9种催化剂,在间歇反应装置中研究了单独臭氧和催化臭氧氧化过程中溴酸盐（BrO 3-）的生成情况,结果表明,在催化臭氧氧化过程中,NiO、CuO、Fe3O4、Al2O3加入使BrO 3-质量分数分别降低34.0%、32.8%、29.2%、20.8%.选取Fe3 O4作为催化剂研究催化...     

臭氧催化氧化控制溴酸盐生成效能与机理

比较了单独臭氧氧化和金属氧化物存在下臭氧催化氧化过程中溴酸盐的生成规律,探讨了催化剂投量、溴离子浓度、水的pH值、反应温度等对臭氧催化氧化控制溴酸盐生成的影响规律及在催化剂存在下控制溴酸盐生成的机理.结果表明,催化剂投量从0 mg/L增加到250 mg/L,能减少溴酸盐生成量85.1%;当溴离子浓度为0.5、1.0、2.0 mg/L时,臭氧催化氧化分别能减少溴酸盐生成量69.2%、83.5%和15.2%,溴离子浓度变化对催化作用的影响无明显规律;pH值升高会降低催化作用的效果;反应温度在5～25℃之间时,臭氧催化氧化能降低43%～59%的溴酸根生成量(溴离子浓度1.5 mg/L),反应温度变化不影响催化效果.催化剂通过抑制臭氧对次溴酸的氧化减少了溴酸根的生成量.催化剂表面的某些基团与硫酸根络合会削弱臭氧催化氧化控制溴酸根生成的能力,因此,利用催化剂控制溴酸盐的机理与催化剂表面性质密切相关.     

羟基氧化铁催化臭氧氧化对滤后水卤乙酸生成势的影响

考察了滤后水经过单独臭氧氧化和羟基氧化铁(FeOOH)催化臭氧氧化后5种卤乙酸生成势(HAA5FP)的生成情况.研究了氧化时间、溴离子浓度、滤后水pH值、碱度和O3投量对2种氧化方式下HAA5FP的影响规律.发现该滤后水氯化后的HAA种类为二氯乙酸(DCAA)、三氯乙酸(TCAA)及溴离子存在时有二溴乙酸(DBAA).无溴离子存在时,催化臭氧氧化在5～20min内使得HAA5FP比臭氧氧化后的降低9.5%～18.3%.溴离子浓度增加使HAA5FP减少,催化臭氧氧化后HAA5FP也比臭氧氧化后低更多.中性pH时,催化臭氧氧化比臭氧氧化有更明显的控制HAA5FP的优势.重碳酸盐碱度升高使HAA5FP降低,且2种氧化后HAA5FP的差别减小.O₃/TOC比值为0.45～1.43的臭氧投量范围内,催化臭氧氧化后HAA5FP比臭氧氧化后减少11.2%～28.0%.催化臭氧氧化对滤后水HAA5FP的影响与FeOOH催化臭氧生成羟基自由基的特点密切相关.     

Ru/AC催化臭氧氧化难生物降解有机物

研究了臭氧单独氧化和Ru/AC催化臭氧氧化DMP、酚类物质和消毒副产物前体物.结果表明,Ru/AC能显著提高臭氧氧化中有机物的矿化效果.在DMP降解中,反应100 min后TOC的去除率由单独臭氧氧化的28.84%提高到66.13%.在23种酚类物质降解中,反应60min后TOC的去除率由单独臭氧的9.57%~56.08%提高到41.81%~82.32%.相对于单独臭氧,Ru/AC催化臭氧氧化更能有效地降低水源水中消毒副产物的生成势,以卤乙酸生成势的降低最为明显,100 min后卤乙酸生成势由144.02μg/L降到58.50μg/L,低于美国环保局规定的限制浓度60μg/L.而使用单独臭氧处理并不能使卤乙酸生成势降到符合美国EPA的规定.比较了BAC、O3+BAC、O3/AC+BAC以及Ru/AC+O3+BAC工艺处理水源水的效果,TOC平均去除率分别为3.80%、20.14%、27.45%和48.30%;COD平均去除率分别为4.37%、27.22%、39.91%和50.00%;UV254去除率分别为8.16%、62.24%、67.03%和84.95%.Ru/AC+O3+BAC工艺相比其他工艺,更能有效地...     

羟基氧化铁催化臭氧氧化对滤后水THMs生成势的控制作用

实验比较了滤后水经过单独臭氧氧化和羟基氧化铁催化臭氧氧化后的三卤甲烷生成势(THMFP).考察了不同的溴离子含量、pH值、碱度、O₃/TOC比例、氧化反应时间、催化剂投量时,2种氧化条件下滤后水THMFP的变化规律.发现羟基氧化铁催化氧化后,滤后水的THMFP比单独臭氧氧化后的降低了30.5%.溴离子浓度较高时THMs以溴代产物为主,羟基氧化铁催化氧化后溴代的THMFP是单独臭氧氧化后的45%～65.5%.在滤后水pH值为6.33～9.43、O3/TOC比值为0.65～2.05、氧化时间为2～20min的条件下,羟基氧化铁催化氧化都表现出明显降低THMFP的优势.碱度升高使2种氧化后的THMFP都降低,且使其差值减小.催化剂存在降低THMFP的最佳投量.催化氧化降低滤后水THMFP的原因是比单独臭氧氧化提高了对TOC的去除率,催化产生的羟基自由基进一步氧化降低了水中有机物卤代活性位的数量.     

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.     

水中羟基氧化铁催化臭氧分解和氧化痕量硝基苯的机理探讨

测定了木质颗粒活性炭(GAC)和负载在GAC上的羟基氧化铁(FeOOH)催化水中臭氧分解的速率常数并探讨了催化臭氧分解的途径.以水中几种氧化物表面羟基密度和表面零电荷pH值(pH_zpc)为表征氧化物表面性质的参数,考察了2个参数对催化臭氧氧化水中硝基苯的影响.GAC和负载在GAC上的FeOOH使水中臭氧一级分解速率常数分别提高了68%和108%,用叔丁醇捕获掉生成的羟基自由基后,前者的分解速率常数降低了9%,后者降低了20%.GAC在催化臭氧分解时主要起到吸附剂和还原剂的作用,FeOOH催化臭氧分解过程中促进了羟基自由基生成.氧化物表面羟基密度和催化臭氧氧化水中硝基苯的效果之间没有直接的关系,由氧化物的pH_zpc决定的表面电荷状态与催化氧化效果有关,表面接近电中性时对催化氧化硝基苯有利.高密度的表面羟基会使表面羟基之间形成较强的氢键,使催化作用减弱.     

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.     

CoOx-TiO2催化臭氧氧化草酸的研究

采用溶胶凝胶的方法制备CoOx-TiO2催化剂,对臭氧流量、催化剂投量、反应温度、草酸初始浓度、pH值等影响草酸去除率的因素进行了研究,并探讨了催化机理.实验结果表明,溶液初始pH值对草酸的去除率有显著的影响,溶液初始pH值为3时,草酸具有去95.7%的最高去除率.催化氧化过程中草酸被彻底矿化为CO2和H2O.通过叔丁醇实验和电子顺磁共振波谱仪(ESR)证明,在催化过程中有羟基自由基的生成,但羟基自由基并不是主要的氧化剂.草酸可能首先在催化剂表面发生吸附或者络合,然后被羟基自由基或者臭氧分子直接氧化.     

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.     

污泥基活性炭催化臭氧氧化降解水中微量布洛芬的效能研究

以城市污水处理厂脱水污泥和玉米芯为原料,氯化锌为活化剂制备污泥基活性炭(SAC),考察其催化臭氧氧化去除水中稳定性药物布洛芬(IBP)的效能.试验中对比考察了单独臭氧氧化、单独SAC吸附、SAC催化臭氧氧化这3种工艺对水中IBP(初始浓度为500μg.L-1)的去除效果,同时研究了臭氧与SAC投加量对催化效果的影响.结果表明,单独臭氧氧化对IBP的去除率随臭氧浓度的增加而增加,当臭氧浓度由0.75 mg.L-1增加至3.0 mg.L-1时,IBP的去除率由44.4%提高到100%;单独SAC对IBP的吸附去除效果较差,即使SAC投加量增至100 mg.L-1,吸附时间为40 min时,IBP的吸附去除率仅为44.56%;SAC催化臭氧氧化工艺中,IBP去除速率大大加快,在反应的初始阶段(0～5 min)SAC催化臭氧氧化对IBP的去除率要远远高于单独臭氧氧化和单独SAC吸附二者作用之和.臭氧与SAC的投加量对IBP的催化氧化去除效果具有较大影响.SAC催化臭氧氧化IBP分为瞬时需氧阶段反应(0～5 min)和慢速反应(5～40 min)两阶段.快速反应阶段以.OH与IBP反应为主,慢速反应阶段残余臭氧浓度很低,此时主要以SAC吸附去除IBP为主.     

Al2O3催化臭氧化处理邻苯二甲酸二甲酯

'Al₂O₃催化剂对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)溶液臭氧化过程的影响结果表明:Al₂O₃可以显著提高臭氧氧化的效果,反应120min后,TOC的去除率从单独臭氧氧化的23.9%提高到55.1%.实验中还考察了制备条件对Al₂O₃催化剂活性的影响并确定了反应的最佳工艺条件.在实验考察的范围内:焙烧温度600℃,Al₂O₃粒径为0.5～1.0mm时催化活性最高;最佳反应工艺条件为:催化剂投加量20g/L,混和气体流速200mL/min,反应温度15℃.通过单独臭氧氧化,单独臭氧氧化后再进行催化剂吸附,催化臭氧化的对比实验证明了Al₂O₃催化剂对体系TOC的去除主要是基于催化作用.     

活性炭催化臭氧氧化扑热息痛的机制研究

采用活性炭催化臭氧处理典型解热镇痛药扑热息痛,研究了活性炭/臭氧体系的协同效应,优化了工艺参数,分析了降解产物并探讨了降解机制.结果表明:在臭氧活性炭体系下,反应60 min后,TOC的去除率为55.11%,效果明显优于臭氧体系的20.22%和活性炭体系的27.39%之和,具有明显的协同作用,并且BOD5/COD比值从反应前的0.086提高到反应后的0.543,可生化性显著提高.研究了pH、臭氧投加量、污染物初始浓度和活性炭投加量等操作参数的作用规律.在此基础上,探讨了臭氧活性炭体系在不同pH下的催化反应机制,发现在酸性条件下是吸附和臭氧直接氧化共同作用,在碱性条件下以活性炭催化臭氧氧化为主.     

催化臭氧化降解磺基水杨酸

选用3种固体催化剂催化臭氧化降解磺基水杨酸.结果表明,MnO₂和V₂O₅催化活性并不明显,而自制的钒氧化物(VO)催化剂具有较好的催化臭氧化性能.在本实验条件下与单独臭氧化相比,30min后VO/O₃体系的COD和TOC去除率由原来的58%和25%提高到86%和61%.VO催化剂的作用机理是催化臭氧分解产生了高活性氧化剂(如羟基自由基等).     

酸活化赤泥催化臭氧氧化降解水中硝基苯的效能研究

以铝工业废物赤泥为原料,采用酸化的方法活化赤泥,提高其在多相催化臭氧氧化除污染体系中的催化活性,并对其催化臭氧除污染效能及机制进行探讨.研究发现,和赤泥原矿相比,酸化赤泥表现出十分显著的催化能力;酸化赤泥(RM6.0)催化臭氧氧化硝基苯的去除率随臭氧浓度的增加而增加;当臭氧浓度由0.4 mg.L-1增加至1.7 mg.L-1时,硝基苯的去除率由45%提高到92%.溶液pH对RM6.0催化体系利用臭氧能力的影响与其催化臭氧氧化降解NB的影响表现出一致的结果.初始pH变化所带来的RM6.0催化活性的变化,主要是由于体系中氢氧根浓度的变化,导致臭氧分解形成羟基自由基所致;过高pH值导致的羟基自由基的猝灭显促使RM6.0催化臭氧氧化NB活性的降低.通过RM6.0对臭氧的利用能力及羟基自由基抑制实验结果发现,RM6.0催化臭氧降解NB的主要作用机制是催化剂表面吸附臭氧,实现臭氧在催化剂表面的富集,进而实现对NB有机污染物的氧化降解.在这个过程中羟基自由基是存在的,主要是在臭氧与硝基苯在界面氧化过程中分解而成,并进一步氧化NB.     

Enhanced ozonation of dichloroacetic acid in aqueous solution using nanometer ZnO powders

Nanometer zinc oxide (ZnO) powders were used as a catalyst to enhance the ozonation for the degradation of dichloroacetic acid (DCAA) in aqueous solution. The batch experiments were carried out to investigate the e ects of key factors such as catalyst dosage, ozone dosage, solution pH and tert-butyl alcohol (t-BuOH) on the degradation e ciency of DCAA. Density functional theory (DFT) was adopted to explore the mechanism of generating hydroxyl radical (.OH) on the ZnO surface. The results showed that adsorption and ozonation processes were not e ective for DCAA removal, and the addition of ZnO catalyst improved the degradation e ciency of DCAA during ozonation, which caused an increase of 22.8% for DCAA decomposition compared to the case of ozonation alone after 25 min. Under the same experimental conditions, the DCAA decomposition was enhanced by increasing catalyst dosage from 100 to 500 mg/L and ozone dosage from 0.83 to 3.2 mg/L. The catalytic ozonation process is more pronounced than the ozonation process alone at pH 3.93, 6.88, and 10. With increasing the concentration of t-BuOH from 10 to 200 mg/L, the degradation of DCAA was significantly inhibited in the process of catalytic ozonation, indicating that ZnO catalytic ozonation followed .OH reaction mechanism. Based on the experimental results and DFT analysis, it is deduced that the generation of .OH on the ZnO surface is ascribed to the adsorption of molecule ozone followed by the interaction of adsorbed ozone with active sites of the catalyst surface. It is also concluded that ZnO may be an e ective catalyst for DCAA removal, which could promote the formation of .OH derived from the catalytic decomposition of ozone.     

微絮凝砂滤-臭氧催化氧化强化石化生化出水COD去除

为强化石化生化出水COD的去除,采用微絮凝砂滤-臭氧催化氧化工艺处理石化生化出水,比较了臭氧催化氧化反应器不同氧化方式和不同回流比组合方式下COD的去除,开展了臭氧催化氧化深度处理单元小试、中试和生产性规模研究,确立了以双级臭氧催化氧化Ⅰ级自回流工艺（回流比100%）为双级臭氧催化氧化推荐的优化工艺。生化出水ρ（COD）为70~120 mg/L时,微絮凝砂滤出水ρ（COD）达到65~113 mg/L,Ⅱ级氧化出水COD平均去除率达到35.0%~42.6%,出水满足GB 31571-2015《石油化学工业污染物排放标准》排放限值要求。生产性试验条件下,优化工艺装置去除单位COD消耗臭氧量平均为1.04 g/g,比对照组现阶段生产工艺（仅Ⅰ级臭氧曝气）降低了21.2%。     

微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺深度处理煤化工废水

采用微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺对煤化工废水生化出水进行深度处理,考察耦合系统处理性能及不同臭氧投加量和进水COD量比值的影响.结果表明,微气泡臭氧催化氧化处理能够有效降解废水中难降解含氮芳香族污染物,去除部分COD并释放氨氮,显著提高废水可生化性,臭氧利用率接近100%,无需进行臭氧尾气处理;同时为生化处理提供充足溶解氧(DO),实现生化处理对COD和氨氮的进一步有效去除,生化处理无需曝气.在系统出水回流比为30%、臭氧投加量和进水COD量之比为0.44 mg·mg~(-1)的运行条件下,耦合系统处理性能较好.微气泡臭氧催化氧化处理对COD去除率为42.5%,臭氧消耗量与COD去除量比值为1.38 mg·mg~(-1),臭氧利用率为98.0%;生化处理对COD去除率为42.3%;耦合系统整体COD去除率为66.7%,最终平均出水COD浓度为91.5 mg·L~(-1),估算整体臭氧消耗量与COD去除量比值为0.68 mg·mg~(-1),具有较优的技术经济性能.