钛及含钛Lewis acids促臭氧/过氧化氢体系氧化性能的广普性、高效性及其机制

臭氧氧化性的选择性促进了臭氧类高级氧化技术的快速发展，建立广普而高效的臭氧类高级氧化技术一直是人们努力的目标。根据臭氧水环境化学的特性，水中自由基通用引发剂（如过氧化氢的共轭碱,超氧负离子及类似活性氧物种等）的有效供给是实现上述目标的关键。我们前期的研究结果表明，在pH很广泛的范围内和常规水质条件下，钛物种与过氧化氢共存可以保证体系通用引发剂的有效形成。为此，本项目将系统研究钛及含钛Lewis acids与过氧化氢作用产生通用引发剂的效率及其臭氧化行为的特性，在此基础建立该体系溶解臭氧-自由基转化机理模型。接着，利用钛及含钛Lewis acids促臭氧/过氧化氢体系降解三种不同类型的有毒难降解有机物，解析相应目标有机物降解过程的机理、动力学特性和生物可利用性的变化情况。该研究成果对高效广普性臭氧类高级氧化技术的建立意义非常突出。

臭氧作为一种绿色的强氧化剂，臭氧在水处理行业中已经取得了比较广泛的研究。本项目在以下几个方面进行了重点研究：（1）酸性条件下以Ti2O52+形态的Ti(Ⅳ)能有效地催化H2O2/O3产生羟基自由基，此时水中溶解臭氧的分解反应遵循准一级反应；（2）对不同Lewis碱对含钛Lewis酸催化H2O2/O3体系氧化效能的影响进行了研究。结果表明，NO3-，SO42-对该体系几乎无影响，Cl-在pH值等于1.0~4.0时有很强的抑制作用。在较低pH值下磷酸盐对体系的氧化效能没有影响，当pH值4.5到5.5之间，磷酸二氢根离子的加入可以提升体系的氧化效率。在相关pH值范围内，Br-对体系的氧化效率具有明显的抑制作用；（3）利用该体系预处理了酸性难降解溶液，并定义了氧化度的概念。结果发现，利用Ti(Ⅳ)/H2O2/O3体系在预臭氧化模拟废水和实际化工废水时能有效提升水样的氧化度和可生化性，两者具有很好的相关性，为以后的应用提供了快捷的判明依据；（4）考虑了固定化钛离子的催化氧化效能。结果表明，金红石TiO2更加利于促进H2O2/O3体系降解乙酸，锐钛矿TiO2会导致H2O2的无效分解。分析了常见阴离子对该异相臭氧化体系效率的影响；（5）对钛离子进行了固定化处理，制备了两种含钛分子筛TS-1和Ti-MCM-41。实验结果表明，尽管这两种含钛分子筛比表面积相差较大，但其对H2O2/O3氧化效率的促进作用相差并不大。在异相催化臭氧化过程中，对所有体系产生OH的量进行了分析，并与有机物的去除效率进行关联。很好地解释了钛及含钛Lewis acids促进臭氧/过氧化氢体系氧化性能的广普性、高效性及其机制。