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详解昆明污水处理中的高级氧化技术!

1. 高级氧化技能的界说:运用强氧化性的自由基来降解有机污染物的技能,泛指反响进程有许多羟基自由基参加的化学氧化技能。其根底在于运用催化剂、辐射,有时还与氧化剂结合,在反响中产生活性极强的自由基(一般为羟基自由基,· OH),再经过自由基与污染物之间的加合、取代、电子搬运等使污染物悉数或接近悉数矿质化。·OH反响是高级氧化反响的底子特色。

2. 高级氧化办法及其效果机理是经过不同途径产生·OH自由基的进程。·OH自由基一旦构成,会诱发一系列的自由基链反响,攻击水体中的各种有机污染物,直至降解为二氧化碳、水和其它矿藏盐。能够说高级氧化技能是以产生·OH自由基为标志。

3. 高级氧化技能有什么特色?

①反响进程中产生许多氢氧自由基·OH;

②反响速度快;

③适用规模广,·OH几乎可将所有有机物氧化直至矿化,不会产生二次污染;

④可诱发链反响;

⑤可作为生物处理进程的预处理手法,使难以经过生物降解的有机物可生化性进步,然后有利于生物法的进一步降解;

⑥操作简略,易于操控和管理。

4. ·OH自由基的长处

①选择性小,反响速度快;

②氧化才能强;

③处理功率高;

④氧化完全。

5.高级氧化技能分为哪几类?

①化学氧化法:臭氧氧化/Fenton氧化/高铁氧化

②电化学氧化法 

③湿式氧化法 :湿式空气氧化法/湿式空气催化氧化法

④超临界水氧化法 

⑤光催化氧化法

⑥超声波氧化法

⑦过硫酸盐氧化法

6.自由基与污染物反响的四种主要办法:氢抽提反响、加成反响、电子搬运、(氧化分化)。

自由基反响的三个阶段:链的引发、链的传递、链的终止

自由基反响具有无选择性,反响迅速的特色。

7. 产生羟基自由基的途径:Fe2+/H2O2  、 UV/H2O2 、 H2O2/O3 、 UV/O3 、 UV/H2O2/O3 、光催化氧化(TiO2光催化氧化反响机理:产生空穴和电子对),对有机物降解速率由快到慢依次为UV-Fenton、 Fenton、 O3/US、O3、O3/UV、UV/H2O2、UV。

8.  Fenton试剂:亚铁离子(Fe2+)和过氧化氢(H2O2)的组合。

Fenton反响: Fenton反响是以亚铁离子作为催化剂来催化过氧化氢(H2O2),使其产生羟基自由基(·OH),进行有机物的氧化,羟基自由基具有強的氧化才能,可与大部分的芳香族有机物进行反响,一起亚铁离子氧化成铁离子(Fe3+),(铁离子有混凝效果也可去除部分有机物)铁离子又会与双氧水反响,并复原成亚铁离子(Fe2+).

反响机理:H2O2与Fe2+反响分化生成羟基自由基(·OH)和氢氧根离子(OH-),并引发连锁反响然后产生更多的其它自由基,然后运用这些自由基进攻有机质分子,然后损坏有机质分子并使其矿化直至转化为CO2、H2O等无机质(Fenton试剂在废水处理中主要用于去除COD、色度和泡沫等)。

 Fe2+ + H2O2 → · OH + OH + Fe3+

 Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + ·HO2 + H+

9. 影响Fenton试剂氧化才能的因素:

①催化剂种类及投加办法,Fe2+(Fe3+、铁粉、铁屑)、 Fe2+/TiO2/Cu2+/Mn2+/Ag+、活性炭等均有必定的催化才能,FeS04·7H20最常用。

②过氧化氢浓度及投加办法,均匀分批投加。

③反响温度(芬顿试剂的反响速率随温度上升而添加,但是温度高于40℃~50℃之后,会加速分化为O2和H2O,因此多操控在20℃~40℃中产生)。

④溶液的pH值, pH 2-4为Fenton反响的最佳规模。

⑤反响时间。

10.类Fenton试剂:改性-Fenton试剂、光-Fenton试剂、电-Fenton试剂、配体-Fenton试剂等。Fe(Ⅲ)盐溶液、可溶性铁以及铁的氧化矿藏(如赤铁矿、针铁矿等)同样可使H2O2催化分化产生·OH,到达降解有机物的目的,以这类催化剂组成的Fenton试剂,称为类Fenton试剂(改性Fenton试剂,因其铁的来历较为广泛)。

因为Fenton法处理废水所需时间长,运用的试剂量多,并且过量的Fe2+将增大处理后废水中的COD并产生二次污染。近年来,人们将紫外光、可见光等引进Fenton系统并研讨采用其它过渡金属替代Fe2+,这些办法可明显增Fenton试剂对有机物的氧化降解才能,并可减少Fenton试剂的用量,下降处理成本被统称为类Fenton反响。

11.增强fenton反响活性的办法:

①参加草酸盐和柠檬酸;

②与其他处理办法联用,如生物法、混凝法;

③参加络合剂,如EDTA等;

④Mn2+、Co3+。(混凝沉降法、活性炭法、生物法、UV)

Fenton试剂在废水处理中的使用:处理染料废水;处理含氯酚废水;处理废物填埋渗滤液;处理制药废水。

12.氧化电位

13.臭氧氧化的界说:臭氧具有极强的氧化功能,臭氧分子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性,臭氧分化会产生的新生态氧原子和在水中构成具有强氧化效果的羟基自由基·OH来氧化分化水中的污染物。

14.臭氧与有机物的反响途径(或机理)

◆直接反响:污染物+ O3→产品或中心物(有选择性,速度慢);

◆直接反响:污染物+ HO·→产品或中心物(无选择性,HO·(E0=2.8V)电位高,反响才能强,速度快,可引发链反响,使许多有机物完全降解)

15.臭氧氧化功能的影响因素:臭氧化混合气进气量、拌和速度

溶液pH、有机物浓度、溶液温度、催化剂、投加办法

16. 增强臭氧氧化的办法办法:

①改动臭氧化混合气的进气量,便是改动单位时间内的臭氧投加量,在有机负荷必定的条件下,便是改动反响进程中臭氧和有机物的投加比,在有机物浓度必定、接连地通入臭氧化混合气的半接连半间歇操作中,随单位时间内臭氧通入量的添加,有机物氧化反响速率相应进步。

② 超声强化臭氧氧化技能。

③金属催化臭氧化技能、在臭氧水处理系统中,参加必定量的Fe2+、Mn2+、Co2+、Ni2+或Co2+的硫酸盐。

④臭氧与其他惯例水处理单元结合比方O3-活性污泥、O3-活性炭吸附、O3-絮凝-膜处理、O3-絮凝-O3、O3-气浮(吹脱)、O3-生物活性炭、O3-膜处理。

几种臭氧处理单元本身的改善:

(1) O3/U V高级氧化技能

(2) O3/H2O2高级氧化技能

(3) O3/H2O2/UV

(4)臭氧/活性炭协同降解有机物处理技能

(5)超声强化臭氧氧化技能

17. 臭氧在水处理中的使用——饮用水处理/废水处理/去除染料和印染废水的色度和难降解有机物/处理含金属离子废水/循环冷却水的处理。

在饮用水处理中,臭氧主要用于三个方面:1)臭氧预处理,在惯例净水工艺前增设臭氧工艺;2)臭氧-生物活性炭处理,O3与颗粒活性炭结合,在惯例净水工艺后,对水作深度处理,以除去各种有机物和色、嗅、味等;3)臭氧消毒,用以代替氯对水进行消毒

18.与化学药剂处理法相比,臭氧法具有以下特色: 

能有效地操控有机微生物,使循环水中的COD和AOX的数量都被按捺在很低的水平,然后得到优秀的水质;系统能在高浓缩倍数下运转,可完成零排污,节省水量,比化学药剂法节省1/2-2/3;系统内不会产生结垢现象,一起,系统中本来构成的垢也能被有效去除;臭氧对系统具有杰出的缓蚀效果;习惯pH值规模宽;运转费用大大低于化学药剂。

19.硫酸根自由基界说:硫酸根自由基(SO4-·)

是具有较高氧化复原电位的自由基(E0=2.5v-3.1v),因此硫酸根自由基被认为在抱负的条件下能够氧化绝大多数的有机物。通常是运用分化Oxone或过硫酸盐的办法产生硫酸根自由基。

20.硫酸根自由基的活化生成:加热活化法;过渡金属离子活化法;UV活化法;FeO活化法;活性炭活化法;纳米Fe3O4活化法;氢氧化亚铁溶胶活化;(单过硫酸氢盐可经光、热、催化等办法激起后,双氧键开裂,产生硫酸根自由基(SO4-• )。活化原理如式:

 SO52- +heat/UV/其他 → SO4• +【O】)

21.硫酸根与有机物的一般效果办法:夺氢效果、电子搬运效果、加成效果、(氧化效果)

22. 湿式氧化法:在高温(150-350℃)和高压(5-20MPa)下,用氧气或空气作为氧化剂,氧化水中溶解态或悬浮态的有机物或复原态的无机物,生成二氧化碳和水等小分子物质的技能。

23. 催化湿式氧化技能:在传统的湿式氧化处理系统中参加催化剂下降反响的活化能,然后在不下降处理效果的状况下,下降反响温度和压力,用氧气或空气作为氧化剂,氧化水中溶解态或悬浮态的有机物或复原态的无机物,生成二氧化碳和水等小分子物质的技能.

24. 典型的湿法氧化工艺流程图:

25.光催化的界说:便是光催化剂在光的效果下产生催化效果概括说来。半导体资料在光的照射下,将光能转化为化学能,并促进有机物的分化,这一进程称为光催化。

光催化剂:一种在光的照射下,本身不起变化,却能够促进化学反响的物质。运用光能转化成为化学反响所需的能量,产生催化效果,使周围的氧气及水分子激起成极具氧化力的自由基或负离子。

光催化剂在光照条件(能够是不同波长的光照)下所起到催化效果的化学反响,统称为光催化反响。

光催化一般是多种相态之间的催化反响。

26. 为什么要求TiO2光催化对许多有机物有较强的吸附效果?

答:TiO2光催化分化水中污染物的进程中,外表产生的OH・基团起着决定性的效果,因此参加反响的物质以吸附在外表上的为主。有机物在催化剂外表被氧化要经过分散、吸附、外表反响以及脱附等步骤。

27.光催化技能的技能特征:

①低温深度反响;

②绿色能源;

③氧化性强;

④寿命长;

⑤广谱性。

光触媒(光催化)的效果:

①抗菌性;

②空气净化;

③除臭;

④防霉防藻;

⑤防污自洁。

28. TiO2光催化资料的特性:

①适宜的半导体禁带宽度;

②具有杰出的抗光腐蚀性和化学稳定性;

③廉价,质料来历丰富,成本低;

④光催化活性高(吸收紫外光功能强;禁带和导带之间的能隙大,光生电子的复原性和空穴的氧化性强);

⑤对许多有机污染物有较强的吸附效果。

29. TiO2光催化剂的改良:(促成·OH的生成与进步电子-空穴对分离功率是进步光催化氧化反响速率和功率的重要途径)。

①TiO2外表贵金属堆积;

②金属离子掺杂,金属离子掺杂把金属离子引进到TiO2的晶格缺点方位,金属离子是电子的杰出接受体,能够捕获电子,因为金属离子对电子的抢夺,减少了TiO2中光生电子和空穴的复合几率,而产生更多的·OH,进步光催化功率;

③参加氧化剂,向系统中参加氧化剂,使得催化剂外表的电子被氧化剂捕获,能够有效地按捺电子和空穴复合,进步光催化的功率;常用的氧化剂有O3,O2,H2O2,Fe3+等;

④复合光催化剂;

⑤添加光敏化剂,光敏化剂效果是将光活性化合物化学吸附或物理吸附于光催化剂外表,然后扩展激起波长规模,添加光催化反响的功率。

30. TiO2在实际使用中的缺点:

①光生载流子简单从头复合,导致光量子功率很低。

②带隙能较宽,只能被波长较短的紫外线激起,这些紫外线占太阳能射线的4%~5%,太阳能运用率较低

31. 

32.硫酸根自由基用在水处理中的长处:

①具有极强的氧化性;

②更易溶于水溶液中,便于产生的硫酸根自由基快速与水中的有机触摸并产生氧化效果,混溶性杰出,使分化速率更高;

③性质稳定,便于寄存;

④可习惯的pH规模较广(pH=2-10),这增大能够处理废水的规模,不管酸性、碱性废水,都对硫酸根自由基的反响活性影响不大;

⑤不蒸发或不产生气体,不会导致浓度因为蒸发下降硫酸根自由基的产值;

⑥在水溶液中存在更长时间,一般状况存活时间可到达约4s左右的半衰期,较长的继续时长为其更多的降解有机污染物赢得了时间。

33.例题:TiO2在紫外光的效果下,能够降解活性染料X3B。试验发现,当在溶液中参加少量的Fe3+后,X3B的降解速率大大添加。试解说原因。图片

答:Fe3+攫取光生电子的才能要大于分子氧。Fe3+经过快速搬运光生电子,按捺了载流子的复合,添加了空穴浓度。因此,X3B的降解速率大大加速。

34. 么是高级氧化技能?环境光催化技能的共性? 

答:高级氧化技能是指以羟基自由基为主要氧化物种的氧化进程。常用的高级氧化技能有TiO2光催化、杂多酸光催化、Photo-fenton反响、Fe3+光解和酞菁光敏化等。这些光催化技能的共性是产生具有强氧化才能的活性氧物种,如空穴(h+)、羟基自由基(•OH)、单线态氧(O21)和超氧自由基(O2•-)等。在这些活性物种的效果下,有机污染物不停地产生氧化降解,直至完全矿化。

35. Photo-fenton反响降解有机污染物的原理?

Fenton反响原理:

Fe2+离子能促进H2O2的分化,产生羟基自由基,本身被氧化为Fe3+。Fe3+也能够被H2O2复原,完成本身的循环,而H2O2被氧化为超氧自由基。羟基自由基和超氧自由基具有很强的氧化才能,使水中的有机污染物产生降解和矿化。

在光的效果下,Fenton反响的速率大大加速。因此,有光参加的Fenton反响,又被称为Photo-fenton反响。

36. 贵金属外表堆积对TiO2光活性有什么影响?

答:贵金属经过改动电子的散布而润饰了半导体的性质。当两种物质触摸时,电子就会不断地从TiO2向堆积金属搬迁。贵金属负载,能够电子和空穴分别定域在贵金属和半导体上。按捺复合,高光催化活性。

37. 半导体TiO2受光激起后,电子和空穴的命运有哪几种 ?

答:(a)受光激起,电子-空穴对分离;(b)空穴分散到催化剂外表,氧化有机物;(c)电子分散到催化剂外表,复原分子氧;(d)电子-空穴的外表复合;(e)电子-空穴的体相复合

38. 简述TiO2溶液中,可见光照射下的染料自敏化降解的原理

答:在可见光的照射下,TiO2通常不能被激起,但染料分子能够被激起。(1)激起态的分子能够向二氧化钛导带注入电子,该电子被吸附在TiO2外表的分子氧俘获,生存超氧负离子自由基。(2)超氧负离子自由基能够氧化染料阳离子,使它产生氧化降解。超氧负离子自由基也能够逐步转化为羟基自由基,再去氧化染料分子而产生降解。

39. 非金属(如氮)掺杂TiO2有什么含义?其原理?掺杂TiO2办法的缺点?

答:非金属掺杂经过在TiO2的禁带中心引进掺杂能级,效缩小TiO2的禁带宽度,使TiO2的激起波长从紫外区拓展到可见光区,进步了可见光的催化活性。

缺点:

①催化剂的稳定性下降;

②空穴的氧化才能减弱;

③可能牺牲催化剂的紫外光催化活性。