催化臭氧氧化機(jī)理
臭氧在水中分解及·OH 的產(chǎn)生
20 世紀(jì)70—90 年代，有學(xué)者研究得出臭氧分解產(chǎn)生·OH 的過(guò)程。由其分解歷程可知，臭氧分解過(guò)程中產(chǎn)生一系列自由基中間產(chǎn)物，很終生成氧氣。因此在相同時(shí)間和臭氧投加量條件下，臭氧分解速率越快，自由基產(chǎn)生量越多。若催化劑能加快臭氧分解，則證明催化劑對(duì)臭氧氧化具有催化作用。臭氧分解實(shí)驗(yàn)在無(wú)污染物條件下進(jìn)行，水中臭氧初始濃度為3. 2 mg /L，分別考察有、無(wú)催化劑條件下臭氧在水中分解以及·OH 的產(chǎn)生情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖1—圖3所示。可知: 臭氧分解符合擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，在無(wú)催化劑體系中，臭氧分解較為緩慢，600 s時(shí)臭氧濃度為2. 57 mg /L，水中分解速率常數(shù)為4 × 10-4 S- 1，產(chǎn)生·OH 濃度為12. 6 μmol /L; 加入催化劑時(shí)，600 s 時(shí)臭氧濃度為1. 7 mg /L，水解速率常數(shù)升至1. 1 × 10-3 S-1，產(chǎn)生·OH 濃度為22. 5 μmol /L。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知: 在相同時(shí)間內(nèi)，相比于單獨(dú)臭氧分解體系，催化劑催化臭氧分解產(chǎn)生·OH 的量增多，從而可有效提高臭氧分解速率。
圖1
圖2
圖3
催化劑表面羥基
臭氧在催化劑表面分解的關(guān)鍵因素是催化劑活性位點(diǎn)———表面羥基。
圖4
本文采用傅里葉紅外光譜儀測(cè)定催化劑的骨架結(jié)構(gòu)及表面官能團(tuán)組成，結(jié)果如圖4所示?？芍? 分別在3 445. 1，2 922，2 853 cm － 1附近出現(xiàn)吸收峰，為羥基的伸縮振動(dòng)波峰; 1 636. 9 cm-1附近出現(xiàn)吸收峰，為羥基的彎曲振動(dòng)波峰，表明催化劑表面存在羥基基團(tuán)。由此進(jìn)一步說(shuō)明，催化臭氧分解速率高于單獨(dú)臭氧分解速率。