高级氧化技术总结
摘要：高级氧化技术作为一种新兴的污水处理技术由于其具有氧化能力、反应速度快、处理完全、无公害、使用范围广等优点越来越受到各国的重视并相继进行了一些列的研究开发工作。
当今世界关于高级氧化技术的研究和应用主要有光催化技术、臭氧催化技术、Fenton 技术、超声降解技术、电化学降解技术、湿式氧化技术、超临界水技术以及组合技术。
本文对水处理中的高级氧化技术进行了分析和总结并在此基础上提出水处理高级氧化技术的研究展望。
关键词:高级氧化、光催化、臭氧氧化、Fenton、超声、电化学、超临界水氧化。
高级氧化技术于1987 年提出的的被定义为能够产生羟基自由基的氧化过程。
虽然近期一些研究表明了羟基自由基机理对一些高级氧化工艺并不适用但是这一概念目前仍然被采用。
一．根据氧化时羟基的产生方式和反应条件的不同可将现在存在的高级氧化
技术分为Fenton 以及类Fenton 氧化技术、光催化高级氧化技术、臭氧催化氧化技术、超声氧化技术、电化学氧化技术以及超临界水氧化技术。
1．光化学氧化及光催化氧化
在废水处理中单纯紫外光辐射的分解作用较弱通过向紫外光氧化法中引
入适量的氧化剂可以明显提高废水的处理效果。
光催化氧化技术是在光化学氧化的基础上发展起来的与光化学法相比有
更强的氧化能力可使有机污染物更彻底地降解。
光催化氧化技术使用的催化剂
有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2 和Fe3O4 等。
光催化氧化的机理为当用能量大于或等于ROx 能带隙的光辐射时,ROx 价带
电子被激发到导带,生成电子空穴对,并向ROx 粒子表面迁移。
生成的电子可以和水中溶解氧反应生成O2-·氧自由基离子。
而空穴则吸附H2O 或是HO-,将其氧化成·OH 自由基。
2 臭氧氧化法
臭氧是一种强氧化剂与有机物反应时速度快使用方便不产生二次污染用于污水处理可有效地消毒、除色、除臭、去除有机物和降低COD 等用于给水处理时可以有效地降低消毒副产物的产生。
臭氧同污染物的反应机理包括直接反应(臭氧同有机物直接反应)和间接反
应(臭氧分解产生·OH,·OH 同有机物进行氧化反应)。
但单独的臭氧氧化法主要利用的是臭氧的直接氧化这种氧化方法造价高、处理成本昂贵且此其氧化反
应具有选择性对某些卤代烃及农药等氧化效果比较差。
为此近年来发展了旨在提高臭氧氧化时·OH 产率的方法。
产用的方法主要有以下3 种:在碱性条件下分解生成·OH,在紫外光作用下生成·OH 和在金属催化剂催化下生成·OH。
3 Fenton 法和类Fenton 法
Fenton 试剂是在1894 年由Fenton 首次开发并应用于酒石酸的氧化。
典
型的Fenton 试剂是由Fe2+催化H2O2 分解产生·OH..从而引发有机物的氧化降解反应。
由于Fenton 法处理废水所需时间长，使用的试剂量多，而且过量的Fe2+将增大处理后废水中的COD 并产生二次污染。
近年来，人们将紫外光、可见光等引入Fenton 体系..并研究采用其它过渡金属替代Fe2+，这些方法可显著增Fenton 试剂对有机物的氧化降解能力，并可减少Fenton 试剂的用量..降低处理成本被统称为类Fenton 反应。
Kang利用Fenton 试剂对染料废水的色度和COD 的去除进行了研究。
可见光照射160min 后TOC 去除率达100%，与Fe2+对H2O2 的催化作用存在协同效应。
C.Sirtori 等则发现可见光/Fenton 催化体系对制药废水生化处理后的出水有较好的去处效果。
Fenton 氧化法的缺点是出水中含有大量的Fe2+..容易引起二次污染。
因此，近年来，人们以膨润土等作为Fe 的载体，通过离子交换等方式，制备含铁的固体氧化剂，进行异相Fenton 反应，可降低成本，同时避免了出水中铁引起的二次污染..铁及其它过渡金属的固定化已成为Fenton 法的重要发展方向。
4 超声US氧化法
超声降解水中有机物是一个物理化学过程 ,其主要源于声空化效应及由此引
发的物理和化学变化。
液体的声空化过程是集中声场能量并迅速释放的过程 ,即液体在超声辐射下产生空化气泡,这些空化气泡吸收声场能量并在极短的时间内崩溃释放能量。
空化气泡可被看作具有极端物化条件和含有高能量的微反器。
在空化气泡崩溃的极短时间内,在其周围极小的空间范围内产生1900..5200K 的高温和超过50MPa 的高压,并伴有强烈的冲击波和微射流等现象。
5．电化学氧化法
电化学高级氧化法是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·OH达到分解难生化污染物的目的。
目前电化学高级氧化主
要用于有机废水的处理主要是难降解有毒工业废水的处理以及中水回用。
根据氧化机理的不同可分为阳极氧化、阴极还原、阴阳两极协同作用以及新型的光电协同氧化技术和声电氧化技术。
阳极氧化
阳极氧化技术是在电解反应器中选用具有活性的阳极材料在阳极附近产生羟基自由基。
按照作用机理的不同可分为直接氧化和间接氧化两类。
在直接氧化过程中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
间接氧化是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。
阴极还原
阴极还原就是在适当的阴极电位下选择合适的阴极材料利用阴极还原反应使O2 还原为具有氧化活性的H2O2来氧化有机污染物
由于H2O2 的氧化电位不是很高使其氧化能力受到限制因此在溶液中引如Fe2 + 等金属离子催化剂催化H2O2 生成·OH强化了其氧化能力构成“电芬顿”体系。
二．高级氧化技术研究的热点问题
1 氧化机理的探讨
有机物氧化机理的探讨对于强化反应过程、设计反应器、开发氧化工艺、提
高污染治理效率等具有重要的理论与实践意义.然而由于有机污染物复杂多样,不同的物质具有不同的结构和性质,其氧化降解机理千差万别,因而探讨不同有机污染物的氧化降解机理成为化学家们研究的热点。
2 低成本高效催化剂的研制
在高级氧化技术领域,催化剂的应用起着至关重要的作用。
然而在复杂的污染系统中,要找到活性好、稳定性强、适用对象广等性能好的催化剂并非易事。
特别是尾气净化催化剂、光氧化催化剂、超临界水氧化催化剂、湿式催化氧化催化剂等的研制一直是高级氧化技术领域催化剂研究的热点。
3 新型高级氧化技术的研究
新型高级氧化技术主要指超声氧化、超临界水氧化、微波氧化以及高铁处理
技术等新兴且高效的高级氧化处理技术。
但是这些氧化技术现在都有很大的限制性和不足。
如超临界水要求高压高温..条件苛刻..高铁既不稳定。
并且这些技术相对来说更加的不成熟..如何将这些技术合理经济的引入水处理中也成为了高级氧化技术研究的热点问题。
三．高级氧化工艺的开发
利用各种技术开发高效的氧化工艺,增大系统处理量,降低操作费用,提高处
理效率,尽管技术上有难度,但一直是并将在未来很长一段时间都会是研究的热点。
高级氧化技术的发展方向
在环境问题日益严重的今天..作为污染治理的一种有效手段..高级氧化技发
展方向更值得人们关注。
结合国内外研究现状..高级氧化技术发展方向主要集中在以下几个方面..
1．现有氧化技术与工艺的不断完善与改进。
2．各种技术的联合运用。
3．运用新技术开发新的氧化工艺。
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