V_2O_5-TiO_2-AlF_3/Al_2O_3催化臭氧化降解有机物研究

【摘要】：本文首先介绍了臭氧在水处理方面的应用，重点简述了近年来基于臭氧技术发展而来的异相催化臭氧化技术。针对当前催化臭氧化技术存在的一些缺陷，提出了本论文的研究目的和主要任务。论文主要内容包括三部分：TS-1催化O_3/H_2O_2降解乙酸的动力学研究；V_2O_5-TiO_2-AlF_3/Al_2O_3催化臭氧化降解2,4-DP的氧化效能；V_2O_5-TiO_2-AlF_3/Al_2O_3催化臭氧化苯乙酮、3,4,5,6-四氯吡啶甲酸和乙酸的定量化解析。上述的研究结果对进一步推动臭氧类高级氧化技术(特别是催化臭氧化水处理技术)在实际中的应用具有重要意义。 在第四章中，探讨了pH=2.8条件下H_2O_2和TS-1对臭氧化降解乙酸效率的影响。实验结果表明,在臭氧化过程中同时加入钛硅分子筛TS-1和H_2O_2是乙酸得到有效降解的必要条件。H_2O_2与钛硅分子筛TS-1作用形成超氧物种是臭氧化效率提高的主要原因，而且臭氧在催化剂表面的吸附分解是乙酸降解的速率控制步骤。根据作用机理推导建立了乙酸降解的假零级动力学方程，其中1/C_(O_3)~+和1/k_(hete)呈线性关系。 在第五章中，采用浸渍法制备了以活性Al_2O_3为载体的三组分固体催化剂(TiO_2–V_2O_5-ALF_3/Al_2O_3)，并利用该催化剂催化臭氧化降解了2,4-滴丙酸。结果表明，制备得到的新型多组份催化剂(TiO_2–V_2O_5-ALF_3/Al_2O_3)能有效提高臭氧化降解2,4-滴丙酸的效率，并且催化剂工艺条件对催化剂的活性有着重要的影响。溶液pH对催化臭氧化的降解效率影响不大，这对克服酸性条件下臭氧化效率低的缺点有着重要的意义。叔丁醇的试验结果表明，O_3/TiO_2–V_2O_5-ALF_3/Al_2O_3体系臭氧化2,4-滴丙酸反应遵循羟基自由基(OH)的反应机理。和单独臭氧化体系相比，O_3/TiO_2–V_2O_5-ALF_3/Al_2O_3体系的R_(ct)提高一个数量级，表明催化臭氧化体系能分解臭氧产生更多的羟基自由基。催化剂的重复性利用实验表明，催化剂的活性具有相对的稳定。 在第六章中，利用V_2O_5-TiO_2-AlF_3/Al_2O_3催化臭氧化体系降解了三种不同类型的有机物（杂环类化合物四氯吡啶甲酸、芳环类化合物苯乙酮和小分子乙酸）。结果发现，该催化剂均能明显提高臭氧化降解三种不同有机物的效率，而且体系均遵循羟基自由基的反应机理。相对法计算结果表明，催化臭氧体系的R_(ct)值均要比单独臭氧大了一个数量级。以上结果表明，该催化剂在臭氧化降解三种不同类型的有机物过程中均显示较好的活性，这对建立降解效率具有广普性的臭氧类高级氧化技术具有重要的意义，该结果将会有力推动臭氧化技术在实际废水处理中的应用意义深远。