钴系催化剂活化过硫酸盐的高级氧化技术.pptx

目录 01 知识回顾 高级氧化技术 传统高级氧化技术分类 强氧化性自由基的产生 新型高级氧化技术总结 活化概述 总结展望 高级氧化技术（Advanced Oxidation Process，简称AOPs）又称为深度氧化技术。分为传统高级氧化技术、新型高级氧化技术。 知识回顾 钴系催化 传统高级氧化技术是以产生具有强氧化能力的羟基自由基(•OH)为特点，在声、电、光、热以及催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。 新型高级氧化技术是以产生具有强氧化能力的硫酸根自由基(SO4- •)为特点，在热、紫外光、过渡金属（催化剂）等反应条件下降解有机废水。 高级氧化技术 知识回顾 活化概述 钴系催化 总结展望 臭氧氧化法 超声氧化法 芬顿氧化法 传统高级氧化技术分类 类芬顿氧化法 光催化氧化法 光化学氧化法 臭氧催化氧化法 湿式催化氧化法 湿式氧化法 超临界水氧化法 超临界水 催化氧化法 电化学氧化法 知识回顾 活化概述 钴系催化 总结展望 新型高级氧化技术特点是产生硫酸根自由基；SO4-•主要是由过一硫酸盐（PMS）和过二硫酸盐（PS）在热、紫外光照射、过渡金属离子（催化剂）等活化方式下产生。 传统高级氧化技术(•OH ) 传统高级氧化技术特点是产生羟基自由基； •OH 主要是由H2O2、O3、超声、紫外光照射、空化空蚀等方法直接产生。 强氧化性自由基的产生 • OH 的标准氧化还原电位(E0=+1.8～+2.7V) 新型高级氧化技术(SO4-•) SO4-•的标准氧化还原电位（E0=+2.5～+3.1V） 知识回顾 活化概述 钴系催化 总结展望  SO4-•与有机物作用机理 电子转移 研究人员对比研究了•OH 与SO4-•的氧化机制，认为SO4-•与芳香族化合物是通过电子转移的方式。 新型高级氧化技术 活化过硫酸盐的高级氧化技术 基于硫酸根自由基的高级氧化技术 新型高级氧化技术总结 同义概念 在中性条件下SO4-•具备更高的标准还原电位，而在酸性条件下对目标污染物具有更强的选择性。  SO4-•与•OH相比的优势 氢提取 研究人员应用激光闪光光解法测定反应速率，证明了SO4-•与醇、醚、酯等的反应主要是通过氢提取。 加成 研究表明SO4-•主要是通过加成方式与含不饱和双键的烯烃类化合物反应。 SO4-•具有更长的半衰期(4s，•OH 的半衰期为1μs)，延长了与目标污染物的持续接触时间，从而能够更高程度地矿化水中的有机污染物。 02 活化概述 热活化 紫外光活化 过渡金属离子活化 活化概述 总结展望 基本原理： 热活化方式主要通过温度升高，提供足够的活化能迫使键断裂产生硫酸根自由基，发生下列反应: 钴系催化 热活化 研究进展： 热活化过硫酸盐的技术已被应用于处理土壤及地下水中的有机污染物质。在研究过程中, 人们发现在不同温度下有机污染物质的降解效率不同, 提高温度可提高热活化技术的效率。 知识回顾 活化概述 总结展望 基本原理： 过硫酸盐在紫外光存在下产生分解如下： 钴系催化 紫外光活化 研究进展： 光活化过硫酸盐的方法可用于处理饮用水和污水, 尤其是那些装有UV 消毒系统的水厂。由于UV/S 2 O82-的高效性和S 2 O82-的高溶解性,这种方法还很适合于逆流的污水中去除难生物降解有机物。 知识回顾 知识回顾 活化概述 钴系催化 总结展望 基本原理 过渡金属离子(包括Fe2+ 、Cu2+ 、Mn2+ 、Ce2+ 、Co2+ 等) 在常温下即可活化过硫酸盐产生SO4- • ，见下式: 过渡金属离子活化 研究进展： 相对于高温以及紫外光活化，常温下过渡金属离子活化过硫酸盐的技术更受到重视，并广泛用于各个方面。 03 钴系催化 钴离子 钴氧化物 钴铁氧体 固定化钴催化剂 知识回顾 活化概述 钴系催化 总结展望 基本原理 钴离子（均相催化） 限速步骤： CoOH+ + HSO5−→ CoO+ + SO4−• + H2O 关键步骤： Co3+ + HSO5−→ Co2+ + SO5−• + H2O 研究进展 自从1956年Ball和Edwards报道了Co2+能够催化分解PMS以来，直至2003年Co2+ /PMS系统才被应用于水处理领域。虽然目前已发现多种过渡金属对PMS具有较好的活化性能，但是Co2+仍被认为是活化性能最好的过渡金属离子。 虽然均相系统具有高效的降解性能，但是它也同时存在着诸多的局限性，如催化剂不易回收再利用等。而最大的局限性在于大多数过渡金属对环境不友好，如Co(II)能够引发哮喘、肺炎等健康以及生物毒性问题。 知识回顾 活化概述 钴系催化 总结展望 CoO / CoO2 / Co2O3 / Co