| 题名 | 锰催化臭氧氧化水中两种难降解有机物的研究 |
| 作者 | 肖华 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曲久辉 |
| 关键词 | 催化臭氧化 矿化 锰离子 羟基自由基 中间产物 Catalytic ozonation Mineralization Mn2+ Hydroxyl radicals Intermediates |
| 其他题名 | Manganese Catalytic Ozonation of Two Refractory Organics in Water |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 由于臭氧的强氧化性，臭氧化技术在世界范围内被应用于水处理中。但臭氧氧化也有一些缺点，如它的高选择性，与有机物反应速率较慢，不能将有机物彻底矿化等，在一定程度上限制了该技术的应用。为了提高臭氧氧化有机物的能力，金属催化臭氧化技术受到了广泛的研究。本论文以锰离子和二氧化锰为催化剂，选择2,4-二氯苯酚(DCP)和2,4-二硝基甲苯(DNT)这两种不同臭氧氧化特性的难降解有机物为目标物，研究了催化臭氧降解有机物的催化机理和反应过程，取得以下主要研究结果： 1. 微量锰离子可显著提高臭氧矿化DCP的能力，锰离子浓度在0.1-0.5mg/L范围内变化时对TOC的去除基本没有影响。催化臭氧化过程中溶解臭氧始终保持很低的浓度，这说明锰离子加速了臭氧分解。碳酸盐抑制DCP矿化，说明该反应遵循羟基自由基反应机理。通过ESR测定表明，与单独臭氧化过程相比，催化过程产生了更多的羟基自由基。GC-MS的测定结果显示，臭氧化DCP过程中产生的主要中间产物为小分子羧酸及醇类物质，且催化过程产生的中间产物量小于单独臭氧化过程。在此基础上，提出了DCP的矿化过程。 2. 初始pH对高锰酸钾和二氧化锰促进臭氧矿化DCP的影响很大。在酸性环境下，高锰酸钾和二氧化锰都能与体系中的有机物迅速反应生成锰离子，锰离子在反应过程中发生均相催化作用，显著提高了TOC的去除率；在强碱性环境下，反应过程中锰都以锰氧化物的形式存在，它在此pH条件下不能发挥催化作用。 3. 草酸和锰离子同时加入单独臭氧化过程中，显著加速了DNT的降解，且提高了有机物的矿化度。动力学研究表明，催化臭氧化过程具有更快的臭氧分解速率和DNT的降解速率。碳酸盐的加入也显著抑制了催化臭氧化过程中DNT的降解，表明该反应遵循羟基自由基反应机理。ESR测定结果表明，只有在草酸和锰离子共存的臭氧化过程中才能产生最大量的羟基自由基。研究进一步证明，草酸能够还原二氧化锰为锰离子，锰离子在催化臭氧分解生成羟基自由基的同时，自身被氧化成三价锰，通过焦磷酸盐的加入成功捕捉到三价锰。在上述研究的基础上提出锰的循环催化机理。利用HPLC和GC-MS，测定了臭氧化DNT的有机中间产物。 4. 采用氧化还原-浸渍法制备了MnOx/GAC催化剂，将其用于催化臭氧化DCP。该催化剂同样提高了DCP矿化率，吸附实验表明它对DCP的吸附能力非常有限。该催化剂在反应过程中易溶出锰离子，溶出的锰离子发挥了均相催化作用。通过计算说明该催化剂的催化作用主要是通过溶出锰离子的均相催化作用来实现的。随着催化剂的重复使用，TOC的去除率有所下降，且其溶解出来的锰离子量也逐渐减少。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 公开日期 | 2010-06-28 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/483]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 肖华. 锰催化臭氧氧化水中两种难降解有机物的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2008. |
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