催化臭氧化吸附技术去除难降解污染物

催化臭氧化吸附技术去除难降解污染物

摘要：利用催化臭氧化吸附技术去除水溶液中溶解有机物的效率比单独臭氧化或单独吸附技术有明显提高，它不但能将臭氧化难以降解的有机物氧化，而且还能减少后续氯化消毒工艺所形成的消毒副产物(三氯甲烷等)，另外还可减少O3的用量且吸附剂一般不需再生。

关键字：难降解污染物消毒副产物吸附催化臭氧化

饮用水中的微量难降解污染物及消毒副产物需要用非生物降解处理技术去除，其中包括吸附和化学氧化法。1

臭氧化与吸附技术1.1臭氧化

臭氧化反应机理为水中有机物可能直接与O3反应或与O3在水中分解产生的羟基自由基反应。虽然预臭氧化能去除一部分消毒副产物的前体物，但出水氯化后的致突活性与原水相比有较高的上升，另外O3仅是将对紫外光有较强吸收的大分子氧化成小分子，而不可能完全矿化为CO2和H2O，同时也产生一些副产物(如乙酸等)，因此单独使用O3并不是一种有效去除水中有机物的方法。

1.2吸附技术

活性炭吸附是去除水中有机污染物最成熟有效的方法之一。活性炭可以去除水中致突物质，但它受吸附容量限制而不能有效去除氯化致突物的前体物；虽然它表面积大而且能用热解析或在空气中燃烧毒物的方法再生，但每次再生循环后都要损失一定量的活性炭。

某些无机材料由于具有吸附和催化的性质而引起广泛关注，如MobilOil公司生产的M41S系列新型无机中孔材料能被用作高容量吸附剂、仿生材料和氧化还原催化剂[1～4]，其结构特征是表面积大、吸附力强(能吸附相当于其自身质量60%～70%的烃类)，在去除水中有机污染物方面具有很大潜力，表1中列出了几种该系列产品的表面积[5、6]。Peter等发现钛取代的MCM-41中孔分子筛对某些芳香烃类化合物及其衍生物的降解具有很好的催化作用[6]，可能具有非常广阔的应用前景。表1中孔材料的表面积材料型号表面积(m2/g)孔径(nm)HMS(highlymesoporoussilica)9592.7MCM-41(aluminosilicate)11923.0MCM-41(silicate)15242.2Ti-HMS10313.0Ti-MCM-4113452.61.3

臭氧化与吸附技术结合

活性炭生物滤池的微生物活性常常有助于改善臭氧化对水中DOC的去除，这预示着臭氧化产生的化合物更易于生物降解。尽管生物过程使TOC去除效率增加，但活性炭对某些溶解有机物的吸附由于预臭氧化而恶化，因臭氧同腐殖质反应时产生更多活性炭不易吸附的极性化合物而导致活性炭吸附去除TOC性能下降。

鉴于在用铝盐混凝前水的预臭氧化能够改善混凝时色度及有机物和三氯甲烷前体物的去除，因此推测比活性炭具有更多极性表面的吸附剂在预臭氧化后可能会比活性炭更有效地去除TOC。许多文献报道活性氧化铝吸附剂的吸附效率在预臭氧化后显著改善，另外其他一些比活性炭具有较多极性表面的吸附剂(如铝土矿、骨碳和活性氧化铝)可能也有此效果。因此预臭氧化和氧化铝或铝土矿的吸附相结合可能是去除产生色度的有机物的优先选择方法，但这还取决于吸附剂的再生能力及水溶液中有机物的特性。2催化臭氧化吸附技术催化臭氧化技术是近年发展起来的一种新型的在常温常压下将那些难以用臭氧单独氧化或降解的有机物氧化方法，同其他高级氧化技术(如O3/H2O2、UV/O3、UV/H2O2、UV/H2O2/O3、TiO2/UV和CWAO等)一样，也是利用反应过程中产生的大量强氧化性自由基(羟基自由基)来氧化分解水中的有机物从而达到水质净化。羟基自由基非常活泼，与大多数有机物反应时速率常数通常为106～109M-1·s-1，表2为某些有机物臭氧氧化与羟基自由基氧化速率比较。表2臭氧、羟基自由基与某些有机物反应速率常数溶质Ko3(M-1·s-1)K·OH(M-1·s-1)苯a2±0.47.8×109硝基苯a0.09±0.023.9×109甲酸a5±51.3×108乙二酸a＜4×10-21.4×106乙二酸根离子b＜4×10-27.7×106乙酸a＜3×10-51.6×107乙酸根离子b＜3×10-58.5×107丁二酸a＜3×10-23.1×108丁二酸根离子b(3±1)×10-23.1×108三氯乙烯174×109四氯乙烯＜0.11.7×109注：a.在酸性且羟基自由基捕捉剂存在条件下；b.在羟基自由基捕捉剂存在条件下。峰说稍从挣表瞒2书可遍见握，钳羟黎基丹自你由傅基搞与桃有使机药物庆反怠应溪的随速铁率式常尽数别一犯般世比需臭励氧姥的进反激应辞速寒率姜常洗数剖至变少调高属出跃7脉个分数廉量勿级辣。抗催摧化涉臭连氧也化潜吸格附牛技盆术再就叮是荡将寒催射化嫁剂屋的间吸涂附携技务术孙与牛催超化辰臭秤氧盼化曲技尖术滴相佛结率合好共烘同他去您除赞水省中亲有进机刊物电。

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6

240.4

0.3

0.11

5

246

14

396

12

160

0

113

31

80单独臭氧(1.6gO3/gTOC)2

6

240.5

0.3

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7

235

11

304

8

210

0

110

26

75催化臭氧化(0.8gO3/gTOC)2

6

240.4

0.3

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2

255

8

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17

77催化臭氧化(1.6gO3/gTOC)2

6

240.5

0.3

0.11

2

253

8

262

6

110

0

06

16

62预氯化预氯化加后氯化24

2

6

240

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0.5

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15

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554

16

27

302

13

17

230

0

0

19

44

78

108注：TOC=4.46mg/L，投氯量为2.5mg/L。状展奉V吼o镜l祖k粘蹈C犁.报等借发覆现责在轰后巡续夜氯油化驶消杏毒白处确理厦过晓程被中蜂，情催慰化赶臭内氧故化辩预嘴处槐理扬较节同奴样购条汉件屯下粉单术独谜臭扮氧雪化跑或虽臭雁氧炕过搅氧售化施氢男氧柿化择所镰需顷的棵氯球量国减山少论，程从清而膏使算消定毒盼副汉产惕物辩大台为鲜减捧少萄。希3峡耐结碗语鞠荡于催这化育臭扒氧赢化廊对任水陪中蔽有冠机彩物香去病除抗率宫较呼单抖独陆吸运附精和哭单妇独俩臭夫氧怠化俩之拴和动还听要悉高输，裤而渣且叹消崭耗军的阶臭岭氧卧量露也戚大圣为林减纷少蓄；紧氯膨化贯消剖毒芹处执理基时撒，焦催恨化圈臭尝氧紧化练比取同廊样幕条雄件员下携单核独仪臭债氧润化并或索臭奋氧蹦过迁氧谋化尖氢截氧潜化候所繁需装的刘氯磨量仁减嘴少欲；驾此锹外匙即知使侨在棕氯蛇化直消竹毒茫工估艺足加疗同咽样样的铺氯秧量倦，希催册化怪臭凭氧清化助作且为隔氯乳化迈预宰处愈理纺工月艺段所页产扑生绣的肃三邻卤链甲摆烷挡量沾较烂预俩臭肢氧翼化筋和大预朽氯拜化扔工宏艺禾所竖形蓬成便的哨三地卤席甲产烷离量刚少粘。掏因蕉此阅如励果令能峡够移找评到域一境种昆吸盏附岛表龄面奋积物较笨大太的云催宋化炒剂哲(你如萍M痒C芦M孩-饰4符1横)袋，扶那勺么掩就郑能遍利谋用啦催裕化区剂诞的触巨部大娃表棒面红积付和仓对瓣化窗学样物漠质骗的价选肃择叹吸悲附盲性骡，熔将怨有页机汤物抱和殃氧列化搜剂岭同酸时画吸运附张到算催歇化茫剂鲁表宾面火，仔在绣吸行附未剂首表誉面迎形灯成轰高葵浓从度拖有问机德物乞和提氧粱化睬剂敏，阻使钻液愚相锣催利化加氧闻化淘反献应只转阳化翠为轻固泪相嘴表帜面醋上野的宗催巾化谨氧脆化平反久应消，倡这互样槐不瞎但伙可勺以左加夜快牢氧世化区反标应脏速睡度咽而洽且短可慎有但选明择绍地扇氧贤化从，愿在杂常葡温蹄常谷压亿下侄将席水抬中狠难朽降殊解尺的姨有替机矿物姻更的大在程绪度乡氧闷化扫或峡降鱼解饭，聚同土时唯可丧减血少梁氧途化弊剂狭用貌量贤以拿及裁三弦卤普甲月烷着的祸产畅生鉴量鹅。衔另辟外慰，梯该晒类怖吸凝附颜剂线基饥本厌上晕不什需驻要红再教生去。邀参郊考储文兰献[1]HuoQ,MargoleseDI,CieslaV,etal.Generalisedsynthesisofperiodicsurfactant/inorganiccompositematerials[J].Nature，1994，368：317-319.

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