水处理均相催化臭氧氧化技术研究现状

第 35 卷 第 7 期 2009 年7 月 水处理技术 11三CHNo I o G Y O F W AT ER T RE A1M E NT V Ol -3 5 N O．7 J u1．，2 009 水处理均相催化臭氧氧化技术研究现状 肖华 ，张棋 ，许育新 (浙江 省农业科 学院环 境资源与 土壤肥料研 究所 ，浙 江 杭 州 310021) 摘要 ：介绍 了金属离子均相催化 臭氧氧化对水 中有机 污染物 的降解效能和催化机理 ，通过分析发现，Mn +／0 ，技术 在饮用水与废水处理 中具有很好的发展前景。 关键 词：均相催化 臭氧化 ；锰 离子；降解 效能；催化机 理 中圈分类号：TQ031．7 文献标识码：A 文章缩号：l0Oo-377O(2009)O7—001—04 催化臭氧氧化技术是近年发展起来的一种新型 的、在常温常压下降解那些难以被臭氧单独氧化的有 机物的方法。同其它高级氧化技术如 Oyq-I20 ：、UV／O 、 Uv ，H20 ，、UV／I-I2OJ O 等一样，催化臭氧氧化技术也是 利用反应过程中产生的大量强氧化性羟基 自由基氧化 分解水中的有机物，从而达到水质净化的目的[1】。催化 臭氧氧化技术根据所使用催化剂的不同，可分为两类： 一类是均相催化臭氧氧化，催化剂一般为过渡金属离 子，如 Fe(11) 、MnOt)、Ni(II)、Co(n) 、Cd(II) 、Cu(II) 、Ag(I) 、 Cr(III)、Zn(U)等【l】；另一类是使用固态金属 、金属氧 化物或负载在载体上的金属或金属氧化物作为催化 剂的非均相催化臭氧氧化。均相催化中金属离子的 介入能够促进臭氧的分解，强化产生自由基等活性 中间体以提高臭氧氧化能力。均相催化臭氧氧化不 仅提高了降解过程中有机物的矿化度，也大大增强 了臭氧的利用率，达到了提升臭氧化功能与降低操 作 成本 的 目的 。 1均相催化臭氧氧化对水中有机物 的去除 效果 1．1对膳肪类有机物的降解 此类物质主要包括短链小分子的脂肪酸，如乙 酸、草酸、丙酮酸等 。Andreozzi 等翻研究了用 Mn(II) 和 Mn(IV) 离子在水溶液中对丙酮酸(CH COCOOH) 进行臭氧催化氧化反应，并建立了动力学模型。主要 是在 3 个 pH ( 1．1、2．0 和 3．0) 下，研究了水溶液 中 Mn(II)和 Mn(IV)离子催化下对丙酮酸的臭氧氧化作 用。特别指出的是，在 pH 为 3 时，臭氧氧化作用的 结果由于本身反应所生成的乙酸乙酯而受到抑制， 这种影响正好可 以由具有低氧化态 的 Mn 所构成的 复杂项所描述，且这种 Mn 可 以和溶解的 O 连续地 进 行 反 应 。Pines 和 Reckhow [31 发 现 微 量 Co(H) (O．002 to ol·L t) 能加速臭氧去除草酸 的能力，草酸 的去除效率随着溶液 的 pH 从 6．7 降低至 5．3 而增 大。竹湘锋等[41研究了 Fe(III)催化臭氧氧化草酸，结 果表明，与单独臭氧氧化相比，氧化速度提高了 2 个 数量级 ，反应速率常数为 2．64 L·to ol ·S-l：反应 pH 对降解效果有决定性的影响，当 pH=3．0，反应 30 min，草酸的去除率超过 50％，而当 pH=5．5 时，草酸 的降解效果 比较差：催化剂 Fe(III) 的投加量对草酸 的去除效果亦有很大影响，太高或太低都不利于草 酸的降解 ；草酸 的 Fe(III) 催化臭氧反应遵循拟一级 反应。Femando 等[51研究了 Fe(1lI)催化臭氧氧化去除 水中的草酸 ，发现相对单独臭氧氧化，加入 Fe(III)后 体系对草酸的降解率提高了 25％。但作者提出在草 酸矿化的过程中，羟基 自由基并没有参与反应 ，而是 体系中草酸先与 Fe(IID生成金属草酸盐 ，再与臭氧 发生反应，从而达到矿化草酸的目的。 1．2对芳香族有机污染物的降解 Cortfs 等嘲发现 当臭氧投量为 1．5 gOj {gTOC， 0．06 mmol·L 的 Mn(n) 和 Fe(II)在 中性条件下能有 效催化臭氧化氯苯类衍生物。反应 20 min 后，单独 臭氧化的 COD 去除率为 18％，而 Fe(II)催化臭氧化 能达到 55％，Mn(ID／O，体系能达到 66％，但 Fe(IID 收稿 日期：2008．10—14 作者简介：肖华 ( 1980一) ，男 ，博士研究生 ，研究方向为水处理高级氧化技术 ：联系 电话：057 1—86...