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。     

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。     

Fe-Al/Al2O3催化臭氧化去除水中有机污染物2,4-D过程中溴酸盐的生成控制研究

采用浸渍、强化水解和后续水浴加热的方法制得催化剂Fe-Al/Al2O3,并通过XRD和XPS等表征手段对其结构性能进行了研究.结果表明,催化剂中铁是以二价和三价存在,且以三价铁为主;铝则以Al2O3和AlOOH形态存在.与单独臭氧化相比,Fe-Al/Al2 O3既能高效矿化水中的难降解有机物2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),又能明显抑制溴酸盐的生成,体现出很好的循环使用稳定性.进一步探讨了臭氧投加量和溴离子初始浓度对催化臭氧化效率和溴酸盐生成的影响.研究表明,在Fe-Al/Al2O3催化臭氧化过程中,水中溴酸盐浓度受臭氧投加量和溴离子初始浓度的影响较小,均可明显抑制溴酸盐的生成,且有机物的矿化效率随着臭氧投加量的增加而显著提高.     

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.     

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.     

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%.     

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).     

纳米TiO2催化臭氧化对松花江水中氨氮的影响

研究了以负载于陶粒、硅胶、沸石表面的纳米TiO2作为催化剂时,催化臭氧化松花江水过程中氨氮浓度的变化.结果表明,在单独臭氧化过程中,氨氮浓度先升高后下降,反应30 min后的氨氮浓度与初始浓度相近.在以TiO2/陶粒、TiO2/硅胶为催化剂的催化臭氧化过程中,氨氮浓度也是先升高后下降,但反应过程中氨氮的平均浓度要高于单独臭氧化过程.以TiO2/沸石为催化剂时,催化臭氧化过程中氨氮浓度先下降,然后略有升高,继而又下降,30 min时对氨氮的去除率接近80%.单独臭氧化和催化臭氧化过程中,增大臭氧投量,氨氮浓度最大值出现的时间提前,并且反应过程中氨氮浓度平均值降低.增大催化剂TiO2/陶粒、TiO2/硅胶的投量,催化臭氧化过程中氨氮浓度平均值升高.增大TiO2/沸石投量,有利于氨氮的去除,但投量增大到50g以上时,对氨氮的去除效果影响很小.温度从10℃升高到30℃,对TiO2/陶粒、TiO2/硅胶催化臭氧化过程中氨氮浓度的变化影响不大.而以TiO2/沸石为催化剂时,温度升高有利于催化臭氧化过程中氨氮的去除.