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.     

水中本底成分对催化臭氧化分解微量硝基苯的影响

考察了水中本底成分对催化臭氧化分解水中微量硝基苯的影响规律.对比试验结果表明,单独臭氧氧化、臭氧/蜂窝陶瓷催化氧化和臭氧/改性蜂窝陶瓷催化氧化工艺在自来水中比蒸馏水中对硝基苯的去除率分别增加了4.90%、2.47%和5.12%.单独臭氧氧化对硝基苯的分解效率随着镁离子浓度的升高(0～8 mg.L^-1)而增加了6.25%,在相同实验条件下,臭氧/蜂窝陶瓷催化氧化和臭氧/改性蜂窝陶瓷催化氧化对硝基苯的降解效率随着镁离子浓度的升高却降低了11.41%和17.64%;单独臭氧氧化、臭氧/蜂窝陶瓷催化氧化和臭氧/改性蜂窝陶瓷催化氧化在氯离子浓度增加(0～40 mg.L^-1)的情况下对硝基苯的去除率分别下降了4.42%、9.38%和12.24%;低浓度的腐殖酸促进了硝基苯的降解,高浓度的腐殖酸抑制了硝基苯的降解.实验还研究了臭氧投加量和硝基苯初始浓度对硝基苯降解效率的影响.     

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.     

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%.     

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.     

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.     

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.     

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.     

HP-β-CD对不动杆菌降解高浓度硝基苯的影响

研究了在不动杆菌降解高浓度硝基苯的过程中添加羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)对细菌生长、硝基苯的去除及中间产物的转化的影响.利用乙酸酐直接将硝基苯的降解样品酰基化,通过GC-MS分析定性出降解中间产物2 氨基苯酚.在适宜降解菌生长的400mg·L-1硝基苯初始浓度下,加入250和500mg·L-1HP-β-CD对生物量和硝基苯的降解基本无影响;当硝基苯初始浓度约为850mg·L-1时,加入HP-β-CD(>2000mg·L-1)显著促进了细菌的生长、硝基苯的降解和2-氨基苯酚的生物转化,并且促进程度与加入量成正比.这种促进主要是因为HP-β-CD的空腔对硝基苯和2-氨基苯酚的包合产生了脱毒的效果.当HP-β-CD的加入浓度分别为0,2000,4000mg·L-1时,降解菌对850mg·L-1硝基苯的降解都遵循一级反应动力学,降解速率常数由0 0077h-1分别增加到0 0089和0 0161h-1,当HP-β-CD的加入浓度为8000mg·L-1时,降解菌对850mg·L-1硝基苯的降解遵循零级反应动力学,其降解速率常数为16 1162mg·L-1·h-1.     

硅胶负载纳米TiO2催化臭氧化降解水中微量硝基苯的研究

研究了纳米TiO2负载于硅胶表面作为臭氧氧化硝基苯过程中的催化剂时,热处理温度对催化活性的影响.结果表明,在700℃条件下烧结的纳米TiO2/硅胶表现出了最佳活性,反应10min硝基苯去除率相比于单独臭氧氧化提高了约25%.在一定范围内催化剂投量越大,硝基苯去除率越高.碱性pH环境有利于催化臭氧化反应的进行,但当pH值高于10时,硝基苯去除率有所降低.催化臭氧化反应遵循一级反应,反应速率常数与硝基苯的初始浓度无关.典型的自由基捕获剂叔丁醇与碳酸根离子对硝基苯的降解有强烈的抑制作用,间接地证明催化臭氧化反应遵循自由基作用机理.反应温度为10～40℃之间时,硝基苯去除率随着温度升高而提高.催化剂重复使用实验证明TiO2在硅胶表面负载牢固,催化剂具有较好的稳定性与耐用性.     

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.     

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.     

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.     

Degradation of nitrobenzene in aqueous solution by ozone-ceramic honeycomb

IntroductionAs a promising advanced oxidation technology for watertreatment ,catalytic ozonation has received great attentionforthe efficient degradation of organic compoundsinrecent years(Legube , 1999) . Some studies showed that homogeneousand heterogen…     

驯化活性污泥对邻苯二甲酸丁基苄酯的降解

活性污泥对邻苯二甲酸丁基苄酯(BBP)降解研究结果表明,活性污泥能在1d内降解90%以上的BBP,是一高效的邻苯二甲酸丁基苄酯降解菌群.活性污泥对邻苯二甲酸丁基苄酯降解符合一级动力学特征,在100、300和500mg·L^-1浓度范围内的降解动力学方程分别为lnc=-0.0699x+5.6171、lnc=-0.0683x+8.4083、lnc=-0.0583x+7.2806,半衰期为9.92、10.15、11.89h,降解速率常数kb为0.0699、0.0683、0.0583d^-1.其降解速率常数随着BBP浓度增加而降低,说明高浓度的邻苯二甲酸丁基苄酯对其生物降解有抑制作用.另外,采用HPLC-MSⁿ方法从活性污泥对邻苯二甲酸丁基苄酯的降解物中鉴定出2种产物,分别为邻苯二甲酸丁酯和邻苯二甲酸苄酯,降解途径是邻苯二甲酸丁基苄酯先生成单酯,然后变成邻苯二甲酸,最终氧化成CO₂和H₂O.