催化臭氧氧化机理

 臭氧在水中分解及·OH 的产生

     20 世纪70—90 年代，有学者研究得出臭氧分解产生·OH 的过程。由其分解历程可知，臭氧分解过程中产生一系列自由基中间产物，很终生成氧气。因此在相同时间和臭氧投加量条件下，臭氧分解速率越快，自由基产生量越多。若催化剂能加快臭氧分解，则证明催化剂对臭氧氧化具有催化作用。臭氧分解实验在无污染物条件下进行，水中臭氧初始浓度为3. 2 mg /L，分别考察有、无催化剂条件下臭氧在水中分解以及·OH 的产生情况，试验结果如图1—图3所示。可知: 臭氧分解符合拟一级反应动力学，在无催化剂体系中，臭氧分解较为缓慢，600 s时臭氧浓度为2. 57 mg /L，水中分解速率常数为4 × 10-4 S- 1，产生·OH 浓度为12. 6 μmol /L; 加入催化剂时，600 s 时臭氧浓度为1. 7 mg /L，水解速率常数升至1. 1 × 10-3 S-1，产生·OH 浓度为22. 5 μmol /L。由实验结果可知: 在相同时间内，相比于单独臭氧分解体系，催化剂催化臭氧分解产生·OH 的量增多，从而可有效提高臭氧分解速率。

图1

图2

图3

     催化剂表面羟基

臭氧在催化剂表面分解的关键因素是催化剂活性位点———表面羟基。

图4

     本文采用傅里叶红外光谱仪测定催化剂的骨架结构及表面官能团组成，结果如图4所示。可知: 分别在3 445. 1，2 922，2 853 cm － 1附近出现吸收峰，为羟基的伸缩振动波峰; 1 636. 9 cm-1附近出现吸收峰，为羟基的弯曲振动波峰，表明催化剂表面存在羟基基团。由此进一步说明，催化臭氧分解速率高于单独臭氧分解速率。