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,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。关键词关键词：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臭氧化与吸附技术臭氧化与吸附技术1.11.1臭氧化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。1.21.2吸附技术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11中孔材料的表面积中孔材料的表面积材料型号表面积(m2/g)孔径(nm)HMS(highlymesoporous9592.7silica)MCM-41(aluminosilicate)11923.0MCM-41(silicate)15242.2Ti-HMS10313.0Ti-MCM-4113452.61.31.3臭氧化与吸附技术结合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。22催化臭氧化吸附技术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。从表2可见，羟基自由基与有机物反应的速率常数一般比臭氧的反应速率常数至少高出7个数量级。催化臭氧化吸附技术就是将催化剂的吸附技术与催化臭氧化技术相结合共同去除水中有机物。1999年法国的LegubeB.和KarpelN.等研究了在铜系列催