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臭氧催化剂氧化的作用机理

点击次数:   更新时间:21/01/26 11:31:01     来源:www.hxyhlcj.com
  臭氧是氧的同素异形体,含有三个氧原子。臭氧在常温常压下为淡蓝色气体,在水中的溶解度为9.2mlO3/L,高于氧气(42.87mg/L)。当水中溶解浓度高于20毫克/升时,为紫蓝色。臭氧氧化性强,氧化还原电位为2.07V,仅低于单质中的F2(3.06V)。臭氧催化剂可以将废水中残留的大分子、长链、难生物降解的有机物直接矿化为二氧化碳和水,部分分解为小分子、易生物降解的物质,从而破坏不可生物降解有机物的结构,降低毒性,提高B/C比,从而保证后续生化方法的处理效果。
  臭氧广泛应用于工业废水处理。臭氧与水溶液中有机物的相互作用主要有两种方式:一种是臭氧分子的直接氧化;另一种是臭氧分解后OH羟基自由基的强烈氧化。
  传统的臭氧氧化技术主要是直接氧化,传质效果差,选择性高,臭氧利用率低,投资和运行成本高。
  臭氧催化剂氧化技术是在氧化体系中加入过渡金属离子,可以对臭氧氧化产生明显的催化作用,催化臭氧在水中的自分解,增加水中产生的OH浓度,从而提高臭氧氧化效果。
  目前,催化臭氧氧化过程可分为两种类型:均相臭氧氧化和非均相臭氧氧化。均相臭氧氧化是指在水中加入一些可溶性过渡金属离子,达到催化臭氧氧化的效果。多相臭氧催化催化剂以固体形式存在,易于分离,工艺简单,不仅避免了催化剂的损失,而且降低了水处理成本。
  非均相催化臭氧工程中常用的催化剂主要有:金属氧化物和复合金属氧化物;负载在载体上的金属氧化物;支撑在载体上的金属;活性炭或以活性炭为载体的催化剂;多孔材料等。
  其中,过量的金属系列氧化物因其价格相对低廉、原料易得、催化活性高而得到广泛应用。如氧化钛、氧化铁、氧化锰、氧化铝、氧化锌、氧化铜、氧化镍等。
  在多相催化臭氧化系统中,通常有三种可能的反应机理:
  臭氧化学吸附在催化剂表面,形成活性物质,然后与溶液中的有机物质反应。这种活性物质可能是oh或其他形式的氧。
  有机分子通过化学键吸附在催化剂表面,进一步与臭氧发生气相或液相反应。首先,有机物会很快吸附在催化剂载体上,载体表面的氧化物会与它形成一些螯合物,然后这些螯合物会被臭氧和OH氧化。
  臭氧和有机分子同时吸附在催化剂表面(复合作用),然后发生反应。从被还原的催化剂开始,臭氧会氧化金属,臭氧对被还原金属的反应会产生OH。有机物会吸附在氧化的催化剂上,然后通过电子转移反应被氧化,从而再次产生还原的催化剂。有机物会很容易从催化剂上脱附,然后进入本体溶液,或者被OH和臭氧氧化。
  臭氧催化剂的特性。
  通过大量试验和工程应用,筛选出催化剂载体和活性组分,采用大规模工业化生产方式,保证合成的催化剂具有高机械强度和长使用寿命。多孔材料为催化剂提供了巨大的比表面积,这使得催化反应在单位时间内更加有效。
  该催化剂的活性组分主要是活性过渡金属/氧化物,具有与载体材料相似的性能和高的粘附强度;同时,通过高温烧结成型,保证了活性组分的高利用率,解决了均相催化体系中催化剂的定期添加和催化剂损失率的问题,防止了二次污染。
  将该催化剂用于臭氧催化氧化反应,可以显著提高臭氧与污染物的反应速率,有效降低处理成本。使用我们的臭氧氧化塔设备,臭氧用量可减少30%以上,臭氧利用率可达98%以上。以化工废水预处理和印染废水深度处理为例,与常规方法相比,所需添加的臭氧量可减少30%,吨水运行成本也可降低30%。
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