催化臭氧化降解技术中的两个问题

探讨了有机物特性及中间产物H2O2在催化臭氧化中的作用。结果表明,有机物在自由基链反应过程中的特性直接影响催化臭氧化的降解效率。当目标有机物是对链反应具有促进作用的甲酸时,自由基引发反应可以明显提高甲酸的臭氧化效率。当目标有机物是对自由基链反应具有抑制剂作用的乙酸时,O3和Fe^2＋/O3对乙酸有着相似的降解效率。以上结果表明,自由基引发反应并不是臭氧化降解效率提高的充分条件。另外,当臭氧化过程有H2O2产生时,必须考虑类Fenton反应对臭氧化效率的影响。     

土霉素在乙酸水溶液中的臭氧氧化降解研究

采用乙酸作为臭氧氧化降解土霉素（OTC）的介质,考察了臭氧/OTC初始投加量比、臭氧流量、自由基抑制剂叔丁醇（TBA）、金属离子等因素对OTC降解效果的影响.结果表明,臭氧在乙酸水溶液中有较好的稳定性和溶解度;OTC在乙酸溶液中具有较高的去除率和反应降解速率;随着OTC/臭氧初始投加量比的增加,OTC在乙酸中去除率明显减小;适当的臭氧流量,有利于OTC去除率的提高;添加叔丁醇能够明显抑制OTC在乙酸体系中的氧化降解,表明乙酸中同时存在直接臭氧氧化和间接臭氧氧化反应;当反应体系中存在Fe3＋和Co2＋时,OTC的氧化降解明显受到抑制.     

臭氧氧化降解水中三氯乙烯的效能研究

卤代烃是地下水污染中常见的有机污染物,三氯乙烯(Trichloroethylene,TCE)作为一种典型的卤代烃,具有高检出率、易挥发、致癌性等特征,而对地下水中TCE的治理一直是研究的热点.因此,本文以TCE为目标污染物,采用臭氧氧化技术对其进行降解效能分析,重点考察了不同臭氧投加量、初始p H、温度、初始TCE浓度对臭氧氧化降解水中TCE的影响,并对反应产物及可能的臭氧氧化机理进行了推测.结果表明,溶液的初始p H、臭氧投加量、初始TCE浓度均会对TCE的降解效率和降解速率产生一定的影响.在优化的实验条件下(p H=9、臭氧投加量5mg·L~(-1)、TCE初始浓度1 mg·L~(-1)、温度30℃),TCE在2 h的降解率可以达到100%,反应结束后TCE脱氯率为71.1%.动力学实验表明,臭氧氧化TCE的反应符合伪一级动力学.热力学研究表明,臭氧氧化TCE的焓变(ΔH)为15.53 k J·mol~(-1),熵变(ΔS)为-226.5 J·mol~(-1)·K~(-1),活化能E_a为18.05 k J·mol~(-1),表明臭氧氧化TCE的反应易于进行.机理研究表明,臭氧氧化降解TCE主要是由臭氧分解所形成的羟基自由基进行的.     

臭氧/钛酸铋系化合物催化氧化降解橙黄Ⅳ的初步研究

采用化学溶液分解法制备了钛酸铋系化合物,并研究了其催化臭氧化降解橙IV(C18H14KN3O35)溶液的性能.结果表明,在Bi/Ti摩尔比12:1、热处理温度550℃条件下制备的催化剂性能最优,其COD去除率达40.3%,比单独臭氧作用(20.3%)提高了1倍,并明显优于TiO2和Bi2O3的催化效果(分别为28.9%和21.4%).同时,考察了催化剂投量、橙IV初始浓度、臭氧投量、pH值、重复使用等反应条件对催化剂性能的影响.初步推断,此催化臭氧化反应为非羟基自由基的含氧自由基作用机理.     

臭氧/钛酸铋系化合物催化氧化降解橙黄Ⅳ的初步研究

采用化学溶液分解法制备了钛酸铋系化合物,并研究了其催化臭氧化降解橙IV(C18H14KN3O35)溶液的性能.结果表明,在Bi/Ti摩尔比12∶1、热处理温度550℃条件下制备的催化剂性能最优,其COD去除率达40.3%,比单独臭氧作用(20.3%)提高了1倍,并明显优于TiO2和Bi2O3的催化效果(分别为28.9%和21.4%).同时,考察了催化剂投量、橙Ⅳ初始浓度、臭氧投量、pH值、重复使用等反应条件对催化剂性能的影响.初步推断,此催化臭氧化反应为非羟基自由基的含氧自由基作用机理.     

MgO低温催化臭氧降解氨氮的机制研究

研究了低温条件下单独臭氧及MgO催化臭氧化降解水中氨氮的效率和特征,并对其反应机制分别进行了探讨.结果表明,pH是影响臭氧和催化臭氧化除氨的重要因素,不仅影响溶液中NH_3与NH~+_4的比例和臭氧氧化氨氮的速率,还影响氧化产物种类,从而影响脱氮效果.10℃时,单独臭氧对水中氨氮的氧化降解效率随pH的升高而增大,pH≤9时整体降解效率不高,pH=9时仅为16.39%,而pH=10时达到41.77%.臭氧和·OH共同参与降解氨氮的过程.单独臭氧氧化氨氮生成氮气的选择性具有pH依赖性,并与Cl~-密切相关.pH低(≤9)时,氨氮多以NH~+_4形态存在,O_3与Cl~-反应生成ClO~-_x(x=1、3),再氧化NH~+_4,从而生成气态产物N_2或N_2O.MgO在低温条件下具有很强的催化臭氧化降解氨氮的能力且温度升高有利于反应的进行,0、10、20℃时,MgO催化臭氧化氨氮的效率分别为77.53%、80.17%、91.26%.此过程中,·OH参与反应的程度低,一部分氨氮降解依靠ClO~-_x氧化NH~+_4,而氨氮降解的主要途径为O_3对NH_3的直接氧化.     

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.     

紫外光在臭氧降解不同有机物过程中的协同作用

利用O3／UV分别对与臭氧有不同反应活性的对氯苯酚、硝基苯、乙酸和草酸进行了降解试验,结果表明,UV与臭氧化降解的协同作用与目标有机物本身的性质有很大关系,在本实验条件下,UV与臭氧的联用反而降低了对氯苯酚的臭氧化降解效率,30min后体系的TOC去除率仅有59％,而单独臭氧化TOC的去除率达到了66％;对硝基苯和草酸而言,UV均明显地提高了臭氧的降解效率,40min时两者TOC的去除率分别为44％和90％,比单独臭氧化处理分别高出了6％和33％;但是,O3／UV对乙酸几乎无降解活性．在这4种有机物的单独臭氧化降解过程中,除对氯苯酚外,水中均可检测到溶解臭氧．以上的实验结果表明,目标有机物对紫外光的吸收及单独臭氧化过程水中溶解臭氧的存在是O3／UV降解效率提高的必要条件．除UV对目标有机物的活化作用外,降解过程的中间产物H2O2也是O3／UV降解效率提高的一个重要因素,UV分解溶解臭氧在此过程可能仅起了辅助作用。     

O3/UV降解水中的乙酸和硝基苯

利用O3 /UV和O3/H2O2降解了水中的乙酸,结果表明,在相同条件下处理60min后,O3/UV对乙酸的去除率仅比单独臭氧化处理提高了3%,而O3/H2O2在此条件下完全降解乙酸.O3/UV在处理硝基苯过程中却显示较好的氧化降解能力,通过分析表明,硝基苯降解过程中所产生的副产物H2O2对有机物的去除具有很重要的作用.因此,O3/UV氧化降解能力的提高可能有2方面的原因,紫外光对有机物的活化作用;中间产物H2O2催化臭氧分解产生了高活性的羟基自由基. 单独紫外光催化臭氧分解产生羟基自由基的效率极低.     

水/载O_3有机溶剂两相臭氧氧化法降解水体中2,4-二氯苯氧乙酸

以水/载O3有机溶剂(全氟萘烷)为新型两相臭氧氧化体系,研究了臭氧在全氟萘烷中的溶解度和稳定性,并以水体中2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)为研究对象,考察了初始pH值、臭氧投加量、自由基抑制剂对两相臭氧氧化体系降解2,4-D效果的影响.结果表明:臭氧在全氟萘烷中有很高的溶解度和很好的稳定性;碱性pH环境有利于2,4-D的降解,随着水相初始pH的增加,2,4-D在水/载饱和O3全氟萘烷两相体系中的去除率明显增加;随着初始全氟萘烷载O3量与2,4-D物质的量比的增加,2,4-D总去除率明显增加;叔丁醇(20mg·mL-1)对两相体系中2,4-D降解影响不显著.     

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pH_zpc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R_ct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.     

O3/UV降解水中有机物机理研究

利用O₃/UV降解了水中的硝基苯、乙醇酸和乙酸. 在硝基苯的降解过程中,当加入对H₂O₂具有催化分解作用的MnO₂时,O₃/UV降解效率明显下降,TOC的去除率甚至比单独臭氧化还低,在相同条件下处理40 min后,O₃/UV、O₃和O₃/UV+MnO₂对溶液TOC的去除率分别为44%、41%和39%.该结果表明中间产物H₂O₂对O₃/UV降解效率的提高具有重要的作用. 另外,有机物本身对自由基链反应是否具有促进作用也直接影响着O₃/UV的降解效率,当目标有机物是对自由基链反应具有促进作用的乙醇酸时,O₃/UV降解效率较高,30 min后乙醇酸的去除率即达76%; 而当目标有机物是对自由基链反应具有抑制作用的乙酸时, O₃/UV对其几乎无降解能力.     

载Pt石墨催化臭氧化降解水中草酸的研究

以石墨为催化剂载体,以H₂PtCl₆·6H₂O为贵金属活性组分前驱物,采用等体积浸渍法制备了Pt/石墨催化剂.对Pt/石墨催化臭氧化、石墨催化臭氧化以及单独臭氧氧化降解草酸的效果进行了研究.结果表明,在本实验条件下,单独臭氧氧化、石墨催化臭氧化和Pt/石墨催化臭氧化草酸的去除率分别为3.0%、47.6%和99.3%.Pt的负载可以显著地提高石墨催化臭氧化的效果.以草酸的去除效率为催化活性指标对Pt/石墨催化剂的制备条件进行了优化.结果表明,石墨载体的预处理没有提高Pt/石墨催化剂的活性.Pt/石墨催化剂最佳制备条件为：以水为溶剂,浸渍时间24　h,活性组分Pt的负载量为1.0%,氢还原温度为350℃.所制备催化剂经重复使用5次,草酸去除率仍超过90％.     

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.     

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.     

臭氧法对酸性嫩黄G溶液的脱色效率和残留物的分析

实验考察了臭氧对酸性嫩黄G色度脱除和其溶液pH值的变化情况,并对降解溶液中的残留物进行定量分析。结果发现,20min时,脱色率达到97.5%;有酸性物质生成并使得溶液的pH值随反应时间的推移下降,pH与脱色率总体变化趋势一致。经反应,分子中的—SO3Na基团大部分生成了SO42-;N并没有氧化成NO2-、NO3-,而是生成其它含N化合物。     

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.