以臭氧為主體的高級(jí)氧化過(guò)程

什么是高級(jí)氧化法?
氧化就是使用氧化劑對(duì)有機(jī)或者無(wú)機(jī)物進(jìn)行氧化還原的化學(xué)過(guò)程。而氧化劑分為很多種，常見(jiàn)的有過(guò)氧化氫、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、二氧化氯等，他們的主要特點(diǎn)是有高價(jià)位的離子起到氧化作用；而高級(jí)氧化法很顯著的特點(diǎn)是以羥基自由基·OH為主要氧化劑與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。
羥基自由基是一種極強(qiáng)的化學(xué)氧化劑，它的氧化電位3.06比普通氧化劑(如臭氧2.07、氯氣1.36、過(guò)氧化氫1.77)高得多。
反應(yīng)中，生成的有機(jī)自由基·OH可以繼續(xù)參加·OH的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，或者通過(guò)生成有機(jī)過(guò)氧化物自由基后，進(jìn)一步發(fā)生氧化分解反應(yīng)直至降解為很終產(chǎn)物CO2和H2O，從而達(dá)到了氧化分解有機(jī)物的目的。高級(jí)氧化分為很多種，比如過(guò)氧化氫為主體的氧化法，如Fenton氧化法。H2O2在催化劑的作用下，和亞鐵鹽能生成兩種活潑的氫氧自由基，可以高效氧化有機(jī)物。
其他的氧化方法還有二氧化鈦氧化法、濕式氧化法等。
    這里同林臭氧專家給大家講一下臭氧的高級(jí)氧化方法。在各個(gè)高校、研究所試驗(yàn)過(guò)程中具有重要的指導(dǎo)意義：
臭氧同污染物的反應(yīng)機(jī)理包括直接反應(yīng)(臭氧同有機(jī)物直接反應(yīng))和間接反應(yīng)(臭氧分解產(chǎn)生·OH，·OH同有機(jī)物進(jìn)行氧化反應(yīng))。O₃ 的直接反應(yīng)具有較強(qiáng)的選擇性，一般是破壞有機(jī)物的雙鍵結(jié)構(gòu)；間接反應(yīng)一般不具有選擇性，在水中O₃ 生成·OH主要有以下3種途徑: 在堿性條件下分解生成·OH，在紫外光作用下生成·OH和在金屬催化劑催化下生成·OH。
1)O₃/UV工藝
O₃/UV工藝機(jī)理的解釋目前有兩種。當(dāng)O₃被紫外光照射時(shí)，首先產(chǎn)生游離氧自由基(·O)，然后·O與水反應(yīng)產(chǎn)生·OH
O₃→O·+O₂
O·+H₂0→2OH·
 另一種O₃/UV過(guò)程首先產(chǎn)生H₂O₂，然后H₂O₂在紫外光的照射下分解生成·OH。
1/3O₃+H₂O→H₂O₂
H₂O₂→2OH·
需要注意的是：
1、這里的UV燈一定要選擇特定波長(zhǎng)的，否則不但起不到作用，還會(huì)對(duì)臭氧起到分解作用。
2、臭氧/UV工藝一般用于凈水處理，北京同林把此工藝用在游泳池水處理中，取得了非常良好的效果。
2)O₃/金屬催化劑工藝
該工藝以固體金屬、金屬鹽及其氧化物為催化劑，加強(qiáng)臭氧反應(yīng)。目前普遍推測(cè)其可能具有兩種反應(yīng)機(jī)理: 其一，催化劑僅僅作為吸收劑，O₃ 和·OH作為主要的氧化劑；其二，催化劑不僅同臭氧反應(yīng)，還同有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)。
    目前，從同林臭氧的實(shí)際工程應(yīng)用中，使用中國(guó)煤炭科學(xué)研究院研發(fā)的催化劑，可以提高20-50%的氧化性能。
3)O₃/H₂O₂工藝
在O₃水溶液中添加H₂O₂會(huì)顯著加快O₃分解產(chǎn)生·OH的速率其反應(yīng)為
O₃+OH^-→HO₂^-+O₂
當(dāng)溶液中存在H₂O₂時(shí)，它會(huì)部分離解產(chǎn)生HO^-
2H₂O₂→HO₂^-+H₃O⁺
上述反應(yīng)生成的HO^2-是·OH形成的誘發(fā)劑。其機(jī)理如下
O₃+HO₂^-→HO₂·+O₃^-·    HO₂·→H++O₂^-·
O₂^-·+O₃→O₂+O₃^-
O^-₂·+H⁺→HO₃
HO₃→OH·+O₂
OH·+O₃→HO₂·+O₂
該工藝是處理飲用水和有機(jī)廢水的方法之一。
日本從20世紀(jì)70年代后期開(kāi)始研究O3/H2O2工藝處理高濃度有機(jī)廢水，美國(guó)則在20世紀(jì)80年代將該工藝用于處理城市污水中的揮發(fā)性有機(jī)物。
北京同林臭氧使用此工藝，處理電鍍廢水，取得非常良好的效果。用戶很多時(shí)候發(fā)現(xiàn)單純用臭氧也有效果，但是初期的效果并不明顯，后期才開(kāi)始展現(xiàn)出效果。這是因?yàn)?，廢水中有很多可被氧化的物質(zhì)，臭氧會(huì)優(yōu)先與反應(yīng)速度快的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，而另外一種物質(zhì)則無(wú)法達(dá)到處理的目的。
而羥基自由基·OH與不同有機(jī)物質(zhì)的反應(yīng)速率常數(shù)相差很小，羥基自由基是一種選擇性很小的氧化劑，當(dāng)水中存在多種污染物質(zhì)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)一種物質(zhì)得到降解而另一種則基本不變的情況。所以使用高級(jí)氧化法可以取得事半功倍的效果，就源于此。
北京同林專家付博旺建議，高級(jí)氧化法需使用氧氣源作為臭氧發(fā)生器的氣源，臭氧出口濃度100-200mg/L為佳。為了提高氧化效果，建議采用高效臭氧氣液混合裝置。