O3/MgO催化氧化对苯酚的降解行为研究

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针对苯酚的“三致”性和我国优先控制污染物之一的特殊性,论文采用臭氧氧化技术进行苯酚处理研究。论文对单独臭氧化和催化臭氧化对苯酚的降解效果及反应速率常数、降解过程及催化臭氧化机理进行了研究。分别考察了臭氧加量、催化剂加量、苯酚初始浓度、pH值和反应温度对苯酚降解率和反应速率常数的影响;分析了O3、O3/MgO对苯酚的降解历程,及反应过程的动力学模型;探讨了MgO催化臭氧化苯酚的机理。论文对单独臭氧氧化和催化臭氧氧化苯酚进行了实验研究,结果表明:单独臭氧对苯酚的降解率及反应速率常数均与臭氧加量、pH值以及反应温度呈正相关性,而与苯酚初始浓度呈负相关性,当臭氧加量为3.6mg/min, pH为6.89,苯酚初始浓度为100mg/L,温度是20℃,反应10min后,苯酚的降解率为61%;催化臭氧化对苯酚的降解率及反应速率常数均与MgO加量、臭氧加量、pH值以及反应温度呈正相关性,而与苯酚初始浓度呈负相关性,当臭氧加量为3.6mg/min, MgO加量为40mg/L, pH为6.89,苯酚初始浓度为100mg/L,温度是20℃,反应10min后,苯酚的降解率达到80.3%。O3、O3/MgO两种体系的反应过程进行了分析对比,发现两种体系过程中pH均呈下降趋势,且O3/MgO过程的pH下降更快,说明反应过程中产生了CO2和其他羧酸类物质;反应过程中TOC去除率低于苯酚降解率,表明苯酚降解过程中产生了中间产物,而非完全矿化成CO2和H20,且O3/MgO体系中的TOC去除率与苯酚降解率均高于单独臭氧化体系,表明MgO促进了苯酚降解,也促进了中间产物的进一步降解。苯酚降解历程分析得知,单独臭氧降解苯酚过程主要针对苯酚的正位进行反应,而催化臭氧化则同时对正位和邻位进行反应,由此推测单独臭氧体系中03分子氧化占主导地位,而催化臭氧化体系中·OH氧化占主导地位。论文还构建了这两种体系的动力学模型,03体系动力学模型计算数值与实验数据平均相对误差为4.26%,O3/MgO体系动力学模型计算数值与实验数据平均相对误差为7.16%,能够很好地模拟03和MgO/O3降解苯酚废水的过程。通过·OH抑制剂叔丁醇的加入、Rct值、红外以及活化能的测定来探讨催化臭氧化机理。实验结果表面:叔丁醇的加入降低了苯酚去除率,说明反应过程中的确有-OH的存在;单独臭氧氧化体系中Rct值为1.47×10-,催化臭氧化体系中Rct值为3.15×10-,是单独臭氧氧化体系中Rct值的2.14倍;利用红外测定MgO表面基团得知,在同等条件下,苯酚体系中的MgO表面的臭氧吸附物种和表面羟基密度均要强于纯水体系,表明苯酚在非均相催化臭氧化过程中充当了促进臭氧吸附到催化剂表面的促进剂;单独臭氧体系中的反应活化能Ea=2.88×104J·mol-1,催化臭氧氧化体系中反应活化能Ea=2.6167×104J·mol-1。两种体系内Ea值相差不大,可以认为在非均相催化臭氧化过程中,催化剂的存在并未使03与有机污染物的反应活化能降低。因此,论文认为催化剂的存在的确促进了臭氧的分解,产生了更多的-OH,进而使有机物达到更好的降解效果。而·OH的产生不仅与催化剂表面性质有关,还与有机污染物种类有关。臭氧吸附在催化剂表面的过程中,有机污染物苯酚起到了促进臭氧吸附在催化剂表面的作用。
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