非均相催化臭氧氧化反应机制

臭氧催化氧化作为高级氧化技术是目前水处理领域研究的热点,其中非均相臭氧催化氧化技术因其氧化能力强、降低臭氧投加量特别是能显著提高有机物矿化率等优点而备受关注。非均相催化臭氧氧化领域不断研究新的催化剂,但是其反应过程及机制更加复杂。催化臭氧氧化的性能很大程度上取决于催化剂及其表面性质。污染物在催化剂表面形成络合物,或者臭氧在催化剂表面分解产生不同的含氧物种如表面氧原子、过氧化物和羟基自由基等。本文评述了非均相臭氧催化氧化反应中存在的多种机理,主要是自由基理论、氧空位理论、表面原子氧理论、表面络合物理论和臭氧直接氧化理论。催化剂表面的羟基基团是主要的催化活性中心,本文探讨了表面羟基基团催化反应机制,得出催化剂表面性质决定其表面活性位点的特性及含量,对诱导臭氧分解产生含氧活性物种起了关键作用;概述了催化剂改性后的结构形态、比表面积及其性能和作用机制;并讨论了非均相臭氧催化氧化反应催化剂未来的发展趋势,为催化臭氧氧化污水处理技术提供了理论参考。     

铁氧化物催化类Fenton反应

高级氧化技术是当今水处理技术领域研究的热点,Fenton试剂因操作简单、反应条件温和及氧化效率高等优势而备受关注。铁氧化物催化类Fenton反应能有效地解决催化剂回收利用难等问题,并且能够在较为广泛的pH范围内使用,从而成为Fenton氧化领域一个新的研究方向,但反应过程和机制往往更为复杂。本文评述了铁氧化物催化类Fenton反应中可能存在的多种机理,主要是羟基自由基理论、氧空位机理和高价态铁络合物机制。类Fenton反应速率的限速步骤是Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环过程,从提高反应速率的机理出发,本文探讨了类Fenton反应中铁氧化物催化剂的制备和发展,催化剂中多种价态的铁元素,通过相互间发生电子转移以加速Fe(Ⅱ)的再生,提高反应效率。铁氧化物掺杂过渡金属能显著提高催化H2O2有效分解的活性。阐明了多金属掺杂铁氧化物中多金属组分的催化机制和铁氧化物结构形态对反应性能的影响。研究表明催化剂中铁的结构形态、催化剂比表面积、催化剂与H2O2之间电子转移速率等都是决定催化剂性能的重要因素。最后讨论了继续研究方向,为开展非均相类Fenton反应提供参考。     

高活性多羟基结构态亚铁FHC(Cl~-)去除Se(Ⅳ)的性能与机制

通过慢速滴定法合成了高活性的多羟基结构亚铁FHC(Cl~-),对FHC(Cl~-)去除Se(Ⅳ)的动力学进行了研究,并对体系中的投加量、pH值、溶解氧和氯化钠浓度进行了响应面分析.研究结果表明,FHC(Cl~-)去除Se(Ⅳ)的表观速率常数k_(obs)=0.60 min~(-1),约为纳米零价铁的4倍和零价铁的16倍.由Box-Benhnken设计拟合得出响应值对编码自变量的二次多项回归方程为Y(c/c_0)=0.14-0.20A+0.017B-0.27C-0.019D-0.047AB-0.095AC+0.13AD-0.010BC-0.082BD+0.33A~2+0.023B~2+0.097C~2+0.065D~2,最优条件为:FHC(Cl~-)投加量98 mg/L,溶液的pH=7.5,氯化钠浓度1 mmol/L,体系为封闭.产物XPS分析结果表明,Se(Ⅳ)最终被FHC(Cl~-)还原为Se(0)或Se(-Ⅱ).     

生物及化学反硝化过程中N2O的产生与控制

长期以来,人们都将N2O视为一种温室气体,然而事实上N2O在航天领域是一种宝贵的能源物质,西方发达国家对N2O的制备技术相当重视。生物及化学反硝化过程都能产生大量的N2O,但将N2O作为能源气体收集利用在我国还未受到重视。本文介绍了国内外关于污水脱氮过程中N2O生成情况的研究,分析了生物脱氮过程中N2O的产生机理和影响因素,同时探讨了化学反硝化作用,尤其是Fe(Ⅱ)的还原作用对N2O生成和控制的影响,提出了对N2O进行资源化利用的途径。最后指出,可以大量积累N2O的化学反硝化过程应是今后水体脱氮的重要研究方向,尤其是化学反硝化过程中N2O的产生机理和影响因素值得进一步研究。     

多羟基结构态亚铁化合物预处理含亚硒酸盐工业废水的影响机制

采用沉淀法制备了多羟基结构态亚铁化合物(FHC),对其用于含亚硒酸盐的工业废水处理进行了研究.实验结果表明,当p H=8时,FHC对Se(Ⅳ)的去除率为40%;当Cu(Ⅱ)的浓度为0.5 mmol/L,p H=6.5,8.0和9.5时,FHC对Se(Ⅳ)去除率为80%,90%和53%.在其它条件都相同时,银(Ⅰ)浓度为0.3mmol/L时,Se(Ⅳ)的去除率为93%,99%,98%.而当p H=8,亚硝酸根(NO_2~-)离子浓度分别为0.2,2.0和20.0 mmol/L时,FHC对Se(Ⅳ)去除率依次为30%,24%和21%,亚硝酸盐的存在明显抑制Se(Ⅳ)的去除.采用光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)对产物进行了表征,发现Ag(Ⅰ)被还原为银单质,Cu(Ⅱ)被还原为氧化亚铜,亚硒酸盐被固定在FHC表面.采用连续浸提技术对反应后Se形态的分析结果表明,元素硒、硒化物结合态为主要的形态,还原是阻滞硒迁移的主要路径.FHC对含硒废水以及其它污染物具有较强的混凝吸附作用,并且有较大的还原作用,为处理工业废水提供了新的工艺技术.