CNTs催化臭氧化學(xué)過(guò)程研究及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)解析.pdf

1、染料廢水具有色度高、成分復(fù)雜、有機(jī)物濃度高、難生物降解等特點(diǎn)。臭氧水處理技術(shù)能夠產(chǎn)生強(qiáng)氧化物種羥基自由基(OH·)對(duì)污染物氧化降解的同時(shí)還可能完成深度礦化，其中pH值是臭氧氧化路徑的重要限制因素。為了強(qiáng)化臭氧氧化過(guò)程中OH·氧化路徑，實(shí)驗(yàn)選取碳納米管為非均相催化劑，在不同溶液pH環(huán)境中，對(duì)比考察了多相流中臭氧分解動(dòng)力學(xué)、重要分解產(chǎn)物過(guò)氧化氫(H2O2)和OH·等參數(shù)的變化規(guī)律，結(jié)合對(duì)模型化合物（甲基橙）的降解過(guò)程解析（包括脫色、礦化等）

2、，對(duì)碳納米管可能的催化臭氧氧化路徑進(jìn)行了分析與論述，以期對(duì)基于碳納米管控制的多相流催化臭氧氧化體系的應(yīng)用提供科學(xué)結(jié)論參考。
　　為了較為全面的對(duì)比研究可能的催化過(guò)程，實(shí)驗(yàn)工作在無(wú)底物環(huán)境和有底物環(huán)境分別展開(kāi)。首先在無(wú)底物條件下，考察了pH值、碳納米管和改性碳納米管對(duì)臭氧在水溶液中的穩(wěn)定性、溶解性和重要分解產(chǎn)物的影響。選取甲基橙模擬染料廢水，研究了pH值、碳納米管、改性碳納米管、臭氧流量和底物初始濃度對(duì)甲基橙脫色行為的影響，并給出了

3、可能的反應(yīng)機(jī)理分析。
　　在無(wú)底物條件下，溶解臭氧在水中的衰變符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)，pH為2.5、6.5和8時(shí)，半衰期分別為38.09min、44.72min和8.38min，pH為6.5、8、9和10時(shí)，水中溶解氧濃度分別為9.31mg/L、9.28 mg/L、9.17 mg/L和5.13mg/L，表明臭氧穩(wěn)定性和pH值關(guān)系密切，堿性條件下衰變速率明顯加快，水中溶解臭氧濃度降低，酸性條件下也可輕微加速臭氧分解。分別加入0.01g未處理

4、碳納米管(CNTs-0)和改性碳納米管(CNTs-1)后，pH為8時(shí)，臭氧半衰期為3.48min和3.10min，pH=10時(shí)，水中臭氧濃度分別為2.83mg/L和1.86 mg/L，表明碳納米管可催化臭氧分解，且改性碳納米管催化效果更好。
　　通過(guò)對(duì)分解產(chǎn)物的測(cè)定了解到，臭氧在分解過(guò)程中生成H2O2和OH·。持續(xù)曝臭氧一段時(shí)間后，溶液中H2O2濃度基本恒定，在pH=8條件下，H2O2濃度低于pH=6.5時(shí)，加入碳納米管后，可減慢

5、H2O2衰變速率。在pH為2.5、6.5和10條件下，pH=10時(shí)，OH·濃度最高，pH=6.5時(shí)，OH·濃度最低。
　　單純臭氧氧化體系中，甲基橙初始濃度為30mg/L，pH為6.5、8和10時(shí)，脫色率達(dá)到99％以上，用時(shí)分別為10min、8min和7min，在反應(yīng)30min后，TOC去除率分別為6.93％、17.42％和22.4％，表明在堿性條件下，氧化效果更好。在甲基橙初始濃度為10mg/L、50 mg/L和100 mg/L

6、時(shí)，脫色率達(dá)到99％以上，用時(shí)分別為3min、9min和30min，表明在臭氧濃度相同條件下，底物濃度越小，脫色速率越快，通過(guò)分析氧化過(guò)程中甲基橙濃度lnCt/C0和反應(yīng)時(shí)間t之間的關(guān)系表明，臭氧對(duì)甲基橙的降解反應(yīng)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)。
　　在pH=10條件下，對(duì)比純臭氧氧化(O3)、未處理碳納米管催化臭氧化(O3/CNTs-0)和改性碳納米管催化臭氧化(O3/CNTs-1)三種工藝的氧化效果，脫色率達(dá)到99％以上，用時(shí)分別為10min