Page 149 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

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第 5 期 王勇等：含酚废 水 α-Fe O 催化臭氧氧化参数优化及机理分析 · 1505 ·
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值（0.62 g/mg），高于最低 值 233%。 律，p H 为 9 时表现了最佳 的 CO D 去除率及单位臭
以催化剂投加量（B）为单一变量， 以 A C D 作 氧 CO D 降解量。Wan 等 [23 ] 认为弱碱性介质环境
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为条件参数进行试验，结果如 图 5 所示。从 图 5 可 有助于臭氧的自分解，促进·O H 的生成；另一方面，
以看出，催化剂投加量的增加 对 CO 去除率的影响 可能是由于此时介 质 p H 更接 近 α-Fe O 零点点位，
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并不明显。单位臭 氧 CO D 降解量在催化剂投加量 中性带电表面表现了更强的臭氧催化活性 [24] ，有利
为 0.10 g/ 时达到最高， 为 0.55 g/mg；催化剂投加量 于催化氧化过程的进行，同时保证了较高的臭氧利
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为 0.0 与 0.50 g/ 时表现持平；最低投加量较其他 用情况。
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水平有一定差距，单位臭 氧 CO 降解量为最高值的
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94.4%。这可能是由于·O 的存在时间短（约 为 10 −9
H
s），催化剂的增加并未明显提高参与反应的·O 水
H
平 [20] ，一部分·O H 未被有效利用；另一方面，随着催
化剂投加量的增加，反应位点和表面积增加 [21] ，将获
得更高的催化臭氧表观反应速率常数。然而，考虑
到初始污染物浓度恒定，过量的催化剂会降低单位
[22]
面积污染物和臭氧的浓度，从而降低催化效率 。
因此，催化剂投加量的增加与污染物的去除效果不
]
一定呈正相关。Wan 等 通过制备的纳 米 Mg 催
[9
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O
化臭氧氧化苯酚时得出了相似的结论，催化剂投加
量 为 40、60、80 mg/ 时的苯酚去除率近乎相同。
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控制初 始 pH（C）作为唯一变量， 以 A B D 作为
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条件参数进行试验，结果如 图 6 所示。从 图 6 可以
看出， 项指标水平 随 p H 的改变表现了相似的规
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图 6 p H 对 2 项指标影响
Fig.6 Influence of pH on two indicators

上述试验结论 与 2. 节中各因素对指标影响程
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度相同，臭氧投加量与反应时间 对 2 项指标均有重
要意义，应在实际工程中着重考虑，催化剂能有效促
进自由基的生成和污染物的降解，但其投加量水平
的改变并未明显影 响 CO D 的去除效果， 且 p H 的变
化对单位臭 氧 CO 降解量影响程度较小。
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以优化后的过程参数（A B C D ）为反应条件进
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行试验，催化氧化体系 在 3 次试验中的平 均 CO 去
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除率与单位臭 氧 CO D 降解量分别达到 了 97.31%
和 0.56 g/mg（ 表 5）， 项指标均达到了较高水平。
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2.6 催化机理
单独臭氧对难降解有机物的直接反应具有选择
性，难以将其完全氧化 [25] 。臭氧在催化剂作用下极
易分解，促进产生活性氧自由基（ROS） [26] 。RO 中
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图 5 催化剂投加量 对 2 项指标影响 的·OH（2.85 eV）具有高氧化电位，是催化氧化过程
Fig.5 Impact of catalyst dosage on two indicators 中重要的氧化剂，可使臭氧难以破坏的有机分子结