酸性條件下SZF-H2O2-O3體系氧化效能的研究.pdf

1、本文首先從臭氧的物理化學(xué)性質(zhì)及其與物質(zhì)的反應(yīng)出發(fā)，介紹了臭氧在水處理中的應(yīng)用及存在的缺陷?；诔粞躅?lèi)高級(jí)氧化技術(shù)的研究現(xiàn)狀和工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的要求，結(jié)合雙金屬?gòu)?fù)合固體超強(qiáng)酸催化劑SO42-/ZrO2-Fe2O3(簡(jiǎn)寫(xiě)為SZF)的特性及應(yīng)用潛力，研究了強(qiáng)酸性條件下(pH＜2.0)，固體超強(qiáng)酸催化劑SZF催化H2O2/O3降解乙酸及苯乙酮的效能，探究了各反應(yīng)條件以及陰離子對(duì)體系氧化效能的影響，并提出了該體系反應(yīng)機(jī)理。
　　首先在酸性條件下

2、研究了SZF/H2O2/O3對(duì)乙酸的去除效果，并考察了各工藝參數(shù)對(duì)其的影響。結(jié)果表明，溶液pH在0～5.0的范圍內(nèi)，SZF/H2O2/O3對(duì)乙酸的降解均有較好的效果，且當(dāng)pH為1，反應(yīng)30分鐘時(shí)，催化劑SZF的引入使乙酸在H2O2/O3中的去除率增加了37.1％。因此，SZF的加入可以有效地拓寬H2O2/O3工藝的應(yīng)用pH范圍。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，該體系的作用機(jī)制可能是SZF能與H2O2產(chǎn)生一種過(guò)氧金屬絡(luò)合中間體S-[FeⅢOOH]2+，其具

3、有引發(fā)臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基(·OH)的作用。其中，·OH的產(chǎn)生量可以通過(guò)H2O2的濃度，溶液pH值和催化劑SZF的濃度來(lái)進(jìn)行控制。反應(yīng)過(guò)程中H2O2及SZF的濃度需控制在一定范圍內(nèi)，從而避免的·OH的無(wú)用消耗。
　　其次考察了幾種常見(jiàn)陰離子對(duì)SZF/H2O2/O3氧化降解乙酸效能的影響。發(fā)現(xiàn)硫酸根及硝酸根離子對(duì)SZF/H2O2/O3的氧化效能幾乎沒(méi)有影響。溶液pH為3.0時(shí)，添加40mg·L-1H2PO4-后，相同條件下SZF/

4、H2O2/O3對(duì)乙酸的去除效率降低了7.53％。這可能的原因是，磷酸二氫根一方面屏蔽了SZF表面的活性反應(yīng)中心，阻礙了·OH的生成，一方面又消耗了部分的·OH。Cl-、Br-是良好的·OH捕捉劑，強(qiáng)酸性條件下能快速消耗·OH，降低SZF/H2O2/O3對(duì)乙酸的去除率，其中Br-表現(xiàn)出更強(qiáng)的抑制作用。而對(duì)于F-，由于較高的氧化電位，投加的F-不會(huì)造成·OH的無(wú)效消耗，因此F-的存在對(duì)乙酸的降解影響非常小。
　　最后利用SZF/O3體

5、系降解了模擬廢水中的苯乙酮。酸性條件下，SZF/O3對(duì)苯乙酮的去除率相比于單獨(dú)臭氧提升了53.6％。由于芳環(huán)類(lèi)物質(zhì)的臭氧化降解伴隨著H2O2的生成，因此該過(guò)程的作用機(jī)制與SZF/H2O2/O3相似。催化劑SZF與生成的H2O2結(jié)合生成活性金屬過(guò)氧絡(luò)合物，并引發(fā)臭氧分解產(chǎn)生自由基，進(jìn)而降解有機(jī)污染物。SZF/O3中苯乙酮的去除率隨著溶液pH的增大而增大。各pH條件下，SZF的加入均提升了單獨(dú)臭氧對(duì)苯乙酮的去除效果，且酸性越強(qiáng)，這種提升作用

6、越明顯。其中堿性條件下，苯乙酮的降解速率最快，到達(dá)降解終點(diǎn)的時(shí)間最短。溶液pH為1.0時(shí)，通過(guò)線性擬合，SZF催化臭氧降解苯乙酮的表觀速率常數(shù)為6.61×10-4s-1，約為單獨(dú)臭氧(0.97×10-4s-1)的7倍，這表明苯乙酮在SZF催化臭氧過(guò)程中能夠得到更快速的降解。此外通過(guò)相對(duì)法擬合計(jì)算得單獨(dú)臭氧及SZF催化臭氧降解苯乙酮過(guò)程的Rct分別為3.55×10-10、24.69×10-10，表明SZF催化臭氧反應(yīng)中有更多·OH產(chǎn)生。<