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本文以椰壳基活性炭为载体负载活性组分催化臭氧氧化水中有机污染物,分别考察活性炭负载单金属氧化物催化臭氧氧化甲硝唑(MNZ)、活性炭负载双金属氧化物催化臭氧氧化2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)的活性。
采用浸渍法制备了Fe、Ni、Ag、Ce四种金属氧化物负载活性炭(MeOx/AC)催化剂,并用于催化臭氧氧化降解MNZ。在20 mg/h的臭氧投加量下,催化剂的加入(0.5g)对MNZ(C0=5 mg/L;pH=5.5)的氧化和矿化有明显改善,其中NiOx/AC催化剂表现出较好的催化活性,反应60 min后,MNZ和TOC的去除率分别达87%和30%,较AC催化臭氧氧化(80%和26%)及单独臭氧氧化(70%和10%)有所提高。叔丁醇或硝酸根的加入对NiOx/AC催化臭氧氧化MNZ起抑制作用,证明了催化臭氧氧化MNZ体系遵循·OH氧化机理。
以浸渍法制备得到Fe/AC、Ni/AC和Fe-Ni/AC催化剂,用于催化臭氧氧化降解2,4-D。在50 mg/h的臭氧投加量下,反应温度为25℃,催化剂(0.5g/L)的加入对2,4-D(C0=10 mg/L;pH=4.0)的氧化和矿化有明显改善,其中Fe-Ni/AC表现出较好的催化活性,反应60 min后,TOC去除率为71%,优于Fe/AC(60%)、Ni/AC(62%)。通过XRD、BET、SEM、AAS对Fe-Ni/AC催化剂的结构和组成进行了表征和分析,并探讨其与催化活性的关系。实验中考察了制备条件对Fe-Ni/AC催化剂催化活性的影响,包括煅烧温度、铁镍比例、浸渍溶剂,发现煅烧温度对其催化活性影响较大:还考察了反应条件对Fe-Ni/AC催化臭氧氧化2,4-D的影响,包括催化剂投加量、初始浓度、pH值、反应温度、水质本底的变化。在Fe-Ni/AC催化臭氧氧化2,4-D体系中低浓度腐殖酸或碳酸氢根有利于催化反应,高浓度腐殖酸或碳酸氢根起一定的抑制作用;同样低浓度的钙、镁离子存在促进作用,而高浓度的钙、镁离子反而起抑制作用;增加氯离子浓度,会加大抑制2,4-D的氧化。间接说明了催化臭氧氧化过程遵循自由基机理。天然水体各组分抑制2,4-D氧化的主要原因有pH值的变化、抑制羟基自由基、竞争吸附和竞争氧化。叔丁醇的加入抑制了2,4-D的氧化,证明了活性炭及其负载活性组分催化臭氧氧化体系对2,4-D的降解遵循·OH氧化机理。在相同的反应条件下,单独臭氧氧化、活性炭催化臭氧氧化、Fe-Ni/AC催化臭氧氧化体系都符合假一级动力学方程。