鋁氧化物催化臭氧氧化水中嗅味物質(zhì)的效能與機(jī)理研究.pdf

1、嗅味問題（taste and odor problem）是飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域面臨的全球性問題。水庫水和湖泊水的富營養(yǎng)化使得此類水為水源的飲用水嗅味問題尤為突出。常規(guī)的飲用水處理技術(shù)在解決水體嗅味問題方面能力十分有限。目前國內(nèi)外雖然已經(jīng)采取一些強(qiáng)化去除技術(shù)解決飲用水中嗅味問題，但這些技術(shù)均存在一定問題，如強(qiáng)化去除能力微弱，氧化劑剩余問題和工藝造價(jià)問題等。因此開發(fā)新型的飲用水深度處理技術(shù)，解決飲用水嗅味問題是十分必要的。
　　本文在深

2、入分析臭氧氧化技術(shù)在解決水體嗅味問題方面存在問題的基礎(chǔ)上，采用γ-Al2O3催化臭氧氧化技術(shù)去除水體中嗅味物質(zhì)2-甲基異莰醇(2-Methylisoborneol, MIB)；為了探求鋁氧化物在催化臭氧氧化過程中的催化機(jī)理，以典型鋁氧化物(γ-AlOOH,γ-Al2O3,α-Al2O3)為例，研究了鋁氧化物催化臭氧分解規(guī)律；采用不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的嗅味物質(zhì)為目標(biāo)物，討論了鋁氧化物催化臭氧氧化嗅味物質(zhì)的反應(yīng)機(jī)理；采用天然鋁礬土為原料，經(jīng)過簡單熱

3、處理過程，制備出具備去除不同化學(xué)結(jié)構(gòu)嗅味物質(zhì)能力的高效催化劑。
　　首先以典型嗅味物質(zhì)MIB為代表，研究了臭氧氧化技術(shù)對MIB的降解能力和氧化機(jī)理，并深入分析臭氧氧化技術(shù)在去除水體嗅味方面存在的問題。通過對溶液 pH和羥基自由基抑制劑對 MIB氧化過程的影響，提出在臭氧氧化MIB的過程中（中性條件下），分子臭氧和羥基自由基起到協(xié)同氧化作用。通過對氧化后樣品進(jìn)行氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析，提出 d-樟腦是臭氧氧化 MIB過程中的主要中間產(chǎn)物，推測

4、出臭氧氧化MIB的降解途徑。根據(jù)對臭氧氧化MIB效能和機(jī)理的研究結(jié)果，認(rèn)為常規(guī)臭氧投量下，臭氧氧化技術(shù)不能徹底解決水體嗅味問題。
　　以典型嗅味物質(zhì) MIB為代表，深入研究了γ-Al2O3催化臭氧氧化 MIB的降解效能和機(jī)理，考察γ-Al2O3催化臭氧氧化技術(shù)解決水體嗅味問題的能力。γ-Al2O3的加入顯著強(qiáng)化了臭氧對 MIB的氧化能力。通過自由基抑制實(shí)驗(yàn)和ESR分析，證明羥基自由基是γ-Al2O3催化臭氧氧化過程產(chǎn)生的重要活性物

5、種，并對催化臭氧氧化過程中羥基自由基產(chǎn)率進(jìn)行測定。通過研究溶液 pH值和絡(luò)合性陰離子對γ-Al2O3催化臭氧氧化 MIB能力的影響，證明附著在γ-Al2O3表面的羥基是催化臭氧氧化MIB反應(yīng)中的活性位。
　　為了探求鋁氧化物在催化臭氧氧化過程中的催化機(jī)理，以典型鋁氧化物(γ-AlOOH,γ-Al2O3,α-Al2O3)為例，研究了典型鋁氧化物催化臭氧分解的規(guī)律，針對鋁氧化物催化臭氧分解機(jī)理進(jìn)行探討。鋁氧化物均可以強(qiáng)化臭氧分解。以羥

6、基自由基抑制實(shí)驗(yàn)和羥基自由基產(chǎn)率為表示方法，證明了鋁氧化物可以催化臭氧分解，并可以提高羥基自由基產(chǎn)率。根據(jù)溶液 pH值和絡(luò)合性無機(jī)陰離子對鋁氧化物催化臭氧分解能力的影響，證明表面羥基是催化臭氧分解反應(yīng)的活性位。同時(shí)鋁氧化物表面的Brnsted酸性同其催化臭氧分解能力密切相關(guān)。
　　將典型鋁氧化物應(yīng)用于去除嗅味物質(zhì) MIB和2，4，6-三氯苯甲醚(2,4,6-Trichloroaminsole, TCA)的過程中，探討不同結(jié)構(gòu)和表面

7、性質(zhì)的鋁氧化物在催化臭氧氧化過程中的作用和行為。通過對催化臭氧氧化過程中氧化劑貢獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)算可知，在催化臭氧氧化 MIB過程中，具有最高催化活性的γ-Al2O3主要以·OH氧化反應(yīng)為主；催化活性最弱的γ-AlOOH，是以分子臭氧為主的氧化過程。在三種鋁氧化物催化臭氧氧化 TCA的過程中，主要以·OH的氧化過程為主。通過研究溶液 pH值對催化反應(yīng)的影響，證明了表面羥基是催化臭氧氧化有機(jī)物的表面活性位。通過研究鋁氧化物對 MIB和TCA的吸附

8、作用，得出通過與表面羥基的作用，MIB吸附在鋁氧化物表面，而TCA是物理性的吸附在氧化物表面。由于表面羥基既是γ-AlOOH吸附 MIB的吸附位，同時(shí)也是催化臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基的活性位，推測 MIB在γ-AlOOH表面的吸附，抑制了γ-AlOOH催化臭氧分解產(chǎn)生·OH的能力。根據(jù)鋁氧化物表面性質(zhì)和有機(jī)物在其表面吸附行為在催化反應(yīng)中的作用，提出鋁氧化物催化臭氧氧化MIB和TCA的催化反應(yīng)途徑。
　　采用廉價(jià)的天然鋁礬土為原料，進(jìn)