高级氧化法的特性及其应用环境保护

吕才卷 · 发表于 2012-12-20 16:03:04

要：介绍了一种新型化学氧化法?高级氧化法(AOP)定义及氧化机理，它具有氧化能力强、反应无选择性、氧化彻底等独特的优点，并已在国外有实际应用。

  关键词：高级氧化法难降解有机物 AOP法 THMs

  　　目前水质污染的主要矛盾已从耗氧物质和生物污染转化为化学物质污染，因此美国国家研究委员会(NRC)在制定21世纪优先研究领域时把《环境中的化学品》列为今后20年应加以资助的六个重点领域之一。我国从2000年1月1日起执行新的地表水环境质量标准(GHZB1—1999)，其中控制地表水I、II、III类水域有机化合物为目的的特定项目有40项。
  　　目前废水处理最常用的生物法对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理较困难，而化学氧化法可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势。然而O3、H2O2和Cl2等氧化剂的氧化能力不强且有选择性氧化等缺点，难以满足要求。1987年Glaze等人提出了高级氧化法(A dvanced oxidation processes，简称AOP)，它克服了普通氧化法存在的问题，并以其独特的优点愈来愈引起重视。
  1 氧化有机物的机理
  　　Glaze等人将水处理过程中以羟基自由基作为主要氧化剂的氧化过程称为AOPs过程，用于水处理则称为AOP法。典型的均相AOPs过程有O3/UV、O3/H2O2、UV/ H2O2、H2O2/Fe2 (Fenton试剂)等，在高pH值情况下的臭氧处理也可以被认为是一种AOPs过程，另外某些光催化氧化也是一个AOPs过程[1]。
  　　高级氧化法最显著的特点是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应[2]，反应中生成的有机自由基可以继续参加·OH的链式反应，或者通过生成有机过氧化物自由基后，进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O，从而达到了氧化分解有机物的目的。
  2 　AOP法的特点
  2.1　氧化能力强
  　　表1为各种氧化剂的氧化电位，可见羟基自由基是一种极强的化学氧化剂，它的氧化电位比普通氧化剂(如臭氧、氯气、过氧化氢)高得多，这意味着·OH的氧化能力要大大高于普通化学氧化剂。
  表1　各种氧化剂的氧化电位[2]氧化剂半反应氧化电位(V)·OH·OH H e→H2O3.06O3O3 2H 2e→O2 H2O2.07H2O2H2O2 2H 2e→2H2O1.77HClO2HClO 2H 2e→2Cl- 2H2O1.63Cl2Cl2 2e→2Cl-1.358
  　　　2.2 选择性小、反应速度快
  　　表2中列举了水中常见的有机污染物同O3和·OH的反应速率常数。由表2可见，O3对不同的有机物质的氧化速度相差很大，相同条件下与涕灭威的反应速率常数要比林丹高6个数量级以上，这样当使用臭氧处理含这两种有机物的废水时，O3会优先与反应速度快的物质进行反应，而另外一种物质则无法达到处理的目的。·OH与不同有机物质的反应速率常数相差很小，表明羟基自由基是一种选择性很小的氧化剂，当水中存在多种污染物质时，不会出现一种物质得到降解而另一种则基本不变的情况。
  表2　常见有机污染物与O3和·OH的反应速率常数[2、3]有害化学物质O3的反应速率常数(mol-1·L·s-1)·OH的反应速率常数(mol-1·L·s-1)林丹0.04(2.7～170)×108涕灭威4.4×1048.1×109阿特拉津7.92.4×109氯苯0.06～3(4～5)×109PCB

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