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《臭氧催化氧化的动力学研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、臭氧催化氧化废水处理动力学研究进展摘要本文首先综述了臭氧的物理化学性质，臭氧催化氧化的反应机理及臭氧催化氧化技术在水处理方面的应用。其次以氯苯酚为例阐述pH、温度、气体流量、初始浓度等因素对臭氧氧化的影响。反应体系pH越大,越利于氧化反应。反应温度升高反应速率加快;提高气体流量有利于对氯苯酚的氧化反应;对氯苯酚初始浓度增加,对氯苯酚去除率降低,但绝对降解量增大。陈哲铭【1】通过对实验数据的分析,认为对氯苯酚的去除过程符合拟一级反应动力学。杨德敏【2】等人在某种程度上证明了表观反应速率常数分别与臭氧投加量和溶液初始N值成正相关性与苯酚初始质量浓度成负相关性。最后阐述臭氧催
2、化氧化技术的应用前景和存在的问题。关键词:对氯苯酚,催化臭氧氧化、动力学、催化氧化机理前言目前缺水已经成为阻碍和制约我国经济持续发展的重要因素【3-4】，因而开展污水深度处理回用技术研究具有重要的现实意义。臭氧具有很强的氧化性,臭氧氧化作为给水或污水深度处理技术及生化处理的预处理技术受到人们的高度关注[5～7]。但是单独的臭氧氧化仅仅能够去除部分含有不饱和双键的芳香族化合物，但是对于那些化学结构复杂、难以被生物降解的有机污染物（持久性有机物、内分泌干扰物、“三致”物［8］）却不能进行有效的氧化处理，因此臭氧催化氧化技术应运而生。与其他臭氧高级氧化技术一样，催化氧化过程中
3、能够生成氧化性强的羟基自由基（·OH）。与单纯的臭氧氧化相比，催化氧化的效率更高并且对污染物没有选择性，可明显增强对芳香族化合物、含氮及杂环类等有潜在危害的有机物的去除能力，增强臭氧氧化对有机物的破坏力和无机化程度。同时催化氧化能生成容易被活性炭吸收的有机物，也能提高有机物的可生化性，因而可与后续的活性炭滤池产生协同作用，提高对有机物的综合处理能力。例如：竹湘锋【9】通过采用Fe、Mn及Cu等过渡金属离子为催化剂,对中间草酸和原始产物苯酚进行催化臭氧氧化的研究，考察臭氧氧化苯酚过程中初始污染物苯酚的降解过程,发现苯酚降解到草酸后,反应几乎停止,而臭氧的催化氧化却可以使该
4、反应继续进行。1臭氧的物理化学性质臭氧分子式为03，是氧的一种同素异形体。在室温下，臭氧是一种无色气体，具有特殊的气味。臭氧具有强氧化性，其氧化还原电位与pH值有关，在酸性溶液中，Eθ=2.07v；在碱性溶液中，Eθ=1.24v。臭氧之所以表现出强氧化性，是因为分子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性，臭氧分解产生的新生态氧原子也具有很高的氧化活性【10】。水中臭氧的变化很复杂，迄今为止，人们一般认为，加注到水中的臭氧往往有三种去向，单纯物理上的逸出，臭氧与水中溶质的直接氧化反应和臭氧的分解反应(包括各类自由基反应)，如图1所示。2臭氧催化氧化的反应机理在水溶液中，臭氧
5、的氧化作用通过直接反应和间接反应两种途径实现。直接反应即臭氧通过其强氧化性直接与有机污染物接触反应，改变有机物的化学结构，将不饱和烃转化为饱和烃，将大分子量的物质转化为小分子量的物质，该反应具有选择性。间接反应中臭氧不直接与有机污染物作用，而是在催化剂的作用下产生羟基自由基（·OH），它作为二次氧化剂与有机物发生反应，生成的有机自由基可继续参与·OH的链式反应，或者通过生成的有机过氧化物自由基进一步发生氧化分解反应。【74】3臭氧催化氧化技术的研究现状臭氧催化氧化技术是将臭氧的强氧化性和催化剂的吸附、催化特性结合起来，能有效解决有机物降解不完全的问题。根据催化方式的不同
6、，臭氧催化氧化可分为均相催化氧化和非均相催化氧化。均相催化氧化技术是首先发展起来的一种高级氧化技术，它是通过向臭氧氧化系统投加液体催化剂来实现的，最常用的均相催化剂主要为过渡金属离子。非均相催化氧化是利用固体催化剂协同臭氧氧化以降低反应活化能或改变反应历程，从而达到深度氧化，最大限度地去除有机污染物的目的。非均相催化氧化反应中所涉及的催化剂主要包括金属、金属氧化物、（负载型）过渡金属、（负载型）过渡金属氧化物［12］。。3臭氧催化氧化反应动力学3.1臭氧氧化动力学模型臭氧氧化过程包括直接和间接反应,常用一级反应方程来描述这两反应的途径[1]。因此典型化合物的臭氧氧化模型
7、可以表示为两个反应途径的总合:3.2影响臭氧催化氧化速率的因素（以氯苯酚为例说明）3.2.1溶液pH值对氯苯酚降解的影响在臭氧氧化体系中,水溶液pH值对臭氧氧化降解有机物的速率有着重要的影响。这主要表现在三个方面:第一,对氯苯酚是一种弱酸,也是一种可离解有机物,在常温下,loomg/L的对氯苯酚pH值3.56,对于绝大多数可离解有机物来说,离解状态时臭氧氧化反应速率常数往往比分子状态的反应速率常数要大得多【14】。pH值得升高将有利于对氯苯酚中间产物的离解。第二,溶液pH值升高将会促使臭氧的分解,产生氧化活性比臭氧更高的轻基自由基,从而达
