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ZnOOH催化臭氧氧化去除水中SD效能實驗

 

     摘要：以實驗室制備的羥基化鋅(ZnOOH)為催化劑,研究了其催化臭氧化去除水中痕量磺胺嘧啶(SD)的效能,通過研究叔丁醇對催化效果的影響,推斷了催化反應機理,探討了臭氧投加量、水質因素、催化劑投加量和使用次數對催化性能的影響因素.結果表明,ZnOOH 對臭氧氧化水中的SD 有較強的催化活性.催化劑表面結合的羥基基團有利于催化反應.在優化的實驗條件下,蒸餾水中反應30min 時,催化臭氧化比單獨臭氧化對SD 的去除率提高了47.7%.催化過程遵循自由基反應機理,SD 的去除效果隨催化劑投加量的增加而提高,催化劑在重復使用后催化效果基本不變,水中的氯離子可以明顯降低催化劑的活性,偏堿性條件下,催化效果更佳.

 

     磺胺嘧啶(SD)是一種應用廣泛的抗生素類藥物.由于磺胺類藥物親水性強,很容易被雨水沖刷進入到地表水或者滲濾到地下水中,從而進入到食物鏈影響環境和人體健康.因此,研究此類化合物的去除機理與方法具有實際意義和應用價值.SD 是性質相對穩定的抗生素類物質,因此不能用生物降解的方法處理.傳統的飲用水處理工藝對部分溶解性微量有機污染物去除能力十分有限.目前國內常用的高級氧化工藝中臭氧化降解是主要的方法之一.但臭氧分子對有機物的氧化有強的選擇性.已有的研究表明,采用臭氧和其他氧化劑聯用技術可以更好地提高對有機污染物的降解效率.

 

     過度金屬羥基化物作為催化劑用于臭氧氧化工藝,是近幾年來的新方法,其中利用羥基化鋅催化臭氧降解磺胺類物質的研究還鮮見報道.本實驗采用實驗室自制的羥基化鋅作為臭氧化的催化劑,對羥基化鋅催化臭氧化去除水中痕量的SD的效能和催化機理進行了探討,為實際給水系統中處理有機污染物提供理論支持和科學依據.

 

實驗結論

1.ZnOOH 催化臭氧產生的·OH 和催化劑表面結合的·OH 基團加強了催化劑的活性,使得水中痕量SD 的去除效率顯著提高.在本實驗條件下,SD 的去除率隨著臭氧投加量的增加而升高;在中性條件下,催化劑具有較高的催化效率.

2.水中Cl-對催化臭氧化去除SD有一定的抑制作用,所以自來水水樣中目標物的去除率低于蒸餾水;催化劑的催化效能在偏堿性條件下較好,但在原水pH范圍內SD的去除效率也很高,綜合考慮各種因素,在試驗過程中保持原水pH 值,不加以改變.

3.催化劑投加量的增加也會提高SD 的去除效率且可以重復使用.

來自：周寧娟,薛 罡,卜 聃,劉亞男 (東華大學環境科學與工程學院,上海 201620)

中國環境科學 2011,31(2)：233~238