环境工程中的高级氧化技术.ppt

第1章 绪论 1.1 高级氧化技术的定义与发展历史 1.2 高级氧化技术的分类 1.3 高级氧化技术的应用 高级氧化技术(Advanced Oxidation Technologies，AOTs)：利用活性极强的自由基（主要指HO?）氧化分解水中有机污染物的新型氧化除污染技术。 1894年Fenton发现Fe2+和H2O2混合后可以产生HO·自由基 ； 1935年Weiss提出O3在水溶液中可与OH?反应生成HO·自由基 ； 1948年Taube和Bray发现H2O2在水溶液中可离解成HO2?，可诱发产生HO·自由基，随后O3和H2O2复合的高级氧化技术被发现 ； 20世纪70年代，Prengle、Cary等率先发现光催化可产生HO·自由基 ； Hoigne可以说是第一个系统地提出高级氧化技术和机理的学者。 第1章 绪论 1.1 高级氧化技术的定义与发展历史 . 高级氧化技术 羟基自由基具有高的氧化还原电位 仅次于F2的2.87 V，比其它常见的氧化剂具有更高的氧化能力 。 第1章 绪论 1.1 高级氧化技术的定义与发展历史 . 羟基自由基 名称 半反应方程式 氧化还原电位/V 羟基自由基 HO· + H+ + e = H2O 2.80 臭氧 O3 + 2H+ + 2e = H2O + O2 2.07 过氧化氢 H2O2 + 2H+ + 2e = 2H2O 1.77 高锰酸根 MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O 1.51 二氧化氯 ClO2 + e = Cl- + O2 1.50 氯气 Cl2 + 2e = 2Cl- 1.30 羟基自由基具有高的氧化还原电位 仅次于F2的2.87 V，比其它常见的氧化剂具有更高的氧化能力 。 羟基自由基具有很高的电负性或亲电性 羟基自由基的电子亲和能较高，容易进攻高电子云密度点。这就决定了HO·的进攻具有一定的选择性 。 羟基自由基容易发生加成反应 当有碳碳双键存在时、除非被进攻的分子具有高度活性的碳氢键，否则，将发生加成反应。 第1章 绪论 1.1 高级氧化技术的定义与发展历史 . 羟基自由基 高级氧化技术处理污染物的特点 产生大量非常活泼的羟基自由基HO· ； HO·几乎无选择地直接与废水中的污染物反应； 处理过程容易控制，以满足各种处理要求； 既可作为单独处理手段，又可与其他处理过程相匹配。 同时还具有杀灭细菌、防腐保鲜的功效 成本较高； 单元反应器处理量不高。 第1章 绪论 1.1 高级氧化技术的定义与发展历史 . 高级氧化技术 一般而言，能够产生羟基自由基的工艺都可以归入高级氧化技术范畴。 化学与光化学氧化技术 常见的用于水处理的氧化剂包括O3、ClO2、H2O2、KMnO7、K2FeO4等； 第1章 绪论 1.2 高级氧化技术的分类 . 高级氧化技术 H2O2 + h? ?? 2HO· HO· + H2O2 ?? H2O + HO2· HO2· + H2O2 ?? H2O + HO· + O2 H2O2 + 2O3 ?? 2HO·+ 3O2 O3+OH-→HO2-+O2 O3+HO2-→HO2·+O3-· O3-·+H2O→·OH+O2+OH- 化学催化转化技术 化学催化转化技术在有害污染物质的去除上也发挥重要作用。 光催化氧化技术 有机污染物的光催化降解技术具有能耗低、操作简便、反应条件温和、无二次污染等突出优点； 以TiO2做催化剂的光催化系统应用最为广泛。 第1章 绪论 1.2 高级氧化技术的分类 . 高级氧化技术 TiO2 + h? ?? TiO2 + e- + h+ h+ + H2O ?? ?OH + H+ h+ + OH- ?? ?OH Fe2+ + H2O2 ?? Fe3+ + ·HO + OH? Fe3+ + H2O2 ?? Fe2+ + HO2· + H+ 电化学处理技术 通过选用具有催化活性的电极材料，在电极反应过程中直接或间接产生污染物降解过程； 阳极直接氧化技术：有机物首先吸附到电极表面，然后通过阳极氧化反应而使其降解。 第1章 绪论 1.2 高级氧化技术的分类 . 高级氧化技术 MOX[ ] + H2O ?? MOX[OH ] + H+ + e- 由于有析氧竞争负反应，要提高处理效率，选择具有高析氧过电位和高效催化氧化活性的电极材料非常关键。 电化学处理技术 阳极间接氧化技术：通过电极反应产生的强氧化剂如次氯酸、Fenton试剂、金属氧化还原电对等参与降解反应。 第1章 绪论 1.2 高级氧化技术的分类 . 高级氧化技术 2Cl- ?? Cl2 + 2e- Cl2 + H2O ?? HOCl + Cl-