电-多相臭氧催化工艺中溴酸盐副产物生成的影响机制及控制策略

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基于臭氧的高级氧化技术在修复含溴水体时,由于臭氧具有极强的氧化能力,在水介质中通过一系列的羟基自由基反应可以将溴离子迅速转化为溴酸盐副产物,因此控制溴酸盐副产物产生是臭氧类高级氧化技术研究的重要任务。电-多相臭氧催化技术(E-catazone)是近年来发展的新型臭氧催化技术,该技术通过使用负载二氧化钛纳米花的管状多孔曝气器为阳极,炭涂层材料为阴极,实现了臭氧曝气、电催化、臭氧多相催化的有机结合。众所周知,溴离子作为重要的无机离子污染物,广泛地存在与地下水、油气开采水或其它地表水中。然而,以往研究中,尚无有关电-多相臭氧体系对溴离子氧化以及溴酸盐副产物的相关研究。因此,本论文重点研究不同运行条件(气态臭氧浓度,电流密度)与水质参数(p H以及共存阴离子(Cl-、HCO3-、NO3-))对电-多相臭氧催化体系中溴离子(Br-)、次溴酸/次溴酸盐(HOBr/Br O-)和溴酸盐(Br O3-)转化的影响,探究影响机理,建立溴酸盐控制策略。最后本论文对电-多相臭氧催化体系对溴离子氧化的动力学模型进行了研究。主要得到了以下结论:(1)系统地研究了不同因素对电-多相臭氧体系中溴酸盐产生的影响并得出抑制溴酸盐产生的控制方法:降低气相臭氧浓度可以抑制溴酸盐副产物的量;电流强度增大到40 m A以上时可以抑制溴酸盐产生;初始p H为3和11的水质条件可以有效抑制溴酸盐产生;当初始溶液中含有0-100 mg/L Cl-会使溶液溴酸盐生成量增大7%,当初始溶液中氯离子含量为150 mg/L时,溴酸盐生成量减少16%;共存阴离子HCO3-存在时会促进溴酸盐副产物形成;共存阴离子NO3-存在时抑制溴酸盐产生。(2)建立了电-多相臭氧催化工艺对溴离子氧化产生溴酸盐的基元反应动力学模型,并对溴类物质转化过程进行了模拟和规律解析,识别了影响溴酸盐产生的关键限速步骤,上述结果为有效控制溴酸盐产生提供预测与数据支持。图59幅,表11个,参考文献73篇。
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