金屬氧化物催化臭氧生成羥基自由基機(jī)理理論研究.pdf

1、金屬氧化物能催化臭氧產(chǎn)生羥基自由基,羥基自由基對(duì)難降解有機(jī)物有很強(qiáng)的氧化能力,能氧化大部分的有機(jī)物。催化臭氧氧化的金屬氧化物被認(rèn)為是一種非常有前景的應(yīng)用于水處理技術(shù)的氧化劑。近幾十年來(lái),許多金屬氧化物如二氧化錳,二氧化鈦,FeOOH和氧化鋁,已被證明具有較高的氧化效率。然而到目前為止,在催化臭氧化過(guò)程中產(chǎn)生的羥基自由基的機(jī)制仍然十分模糊。其主要原因之一是在水溶液中催化過(guò)程的復(fù)雜性。第一,臭氧分子和水分子,在金屬氧化物催化劑的反應(yīng)活性中心

2、相互競(jìng)爭(zhēng),臭氧分解的中間體和自由基的難以捕捉;第二,臭氧和有機(jī)分子在固-液界面的吸附在實(shí)驗(yàn)中難以檢測(cè)。
　　研究表明有效的氧化過(guò)程,并不一定要求有機(jī)物質(zhì)吸附在催化劑的表面上,事實(shí)上吸附在催化劑表面上的有機(jī)物反而抑制了催化效果。實(shí)驗(yàn)在廢水中并沒(méi)有檢測(cè)到有機(jī)化合物吸附在金屬氧化物催化劑上(二氧化鈦,氧化鋁,氧化錳),說(shuō)明有機(jī)物與表面沒(méi)有相互作用。因此,在一定反應(yīng)條件下。有機(jī)物不會(huì)吸附在催化劑表面,或有限的吸附未必能導(dǎo)致催化反應(yīng)的發(fā)生。

3、一個(gè)具有催化活性的催化臭氧化反應(yīng),必須具備至少一種反應(yīng)物吸附于催化劑表面的條件。因此本課題主要考慮與水有強(qiáng)烈相互作用的臭氧吸附于催化劑表面的機(jī)制。
　　在本論文中,基于DFT方法的大量計(jì)算詳細(xì)地闡明產(chǎn)生羥基自由基的機(jī)理,研究了水分子在γ-Al2O3表面的吸附類型,水和臭氧的競(jìng)爭(zhēng)行為,表面羥基對(duì)臭氧的吸附影響,詳細(xì)探討了生成羥基自由基的過(guò)程和生成自由基的反應(yīng)位點(diǎn),同時(shí)計(jì)算了甲酸,乙二酸和吡啶在γ-Al2O3(110)面上的吸附,解釋

4、了三種有機(jī)物不同吸附能力的原因,最后分析了臭氧在γ-Al2O3(110)面,γ-AlOOH(100)面和α-FeOOH(100)面的吸附行為。本課題認(rèn)為在γ-Al2O3(110)面上吸附的水分子解離成表面羥基,不同位點(diǎn)的羥基具有不同的反應(yīng)活性,且表面羥基密度的增加有利于分子的吸附,臭氧在0.375ML表面的AlI-OH和AlIII-OH上最易生成O2-OH,O2-OH會(huì)進(jìn)一步生成羥基自由基和氧氣。有機(jī)物在γ-Al2O3(110)面上既有